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

§ 4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЫСОТЫ НАВЕСКИ ДОЛОТА

Изменение абсолютных значений высоты навески долота показывает, что пределы колебания ее очень малы. Ударно-ка­ натные станки не снабжены приборами для контроля данного параметра режима бурения, поэтому высоту навески долота ма­ шинист станка устанавливает весьма приближенно путем растормаживания рабочего барабана и приподнятия бурового снаряда над забоем скважины. После этого машинист начи­ нает бурить скважину, определяя момент подачи снаряда на забой по степени колебания рабочего каната (для этого он держится рукой за канат или штангу).

Таким образом, для нормальной работы необходимо опре­ делить момент подачи снаряда на забой и осуществить плавное регулирование подачи снаряда на забой в зависимости от кре­ пости пород. Первая задача частично решена М. К. Псаревым, предложившим применить индикатор подачи бурового инстру­

вышенной высоты навески долота. В качестве такого признака была выбрана величина осадки амортизатора станка.

Анализ кимограмм показал, что в первую половину подъема буровой снаряд движется с ускорением, в результате чего воз­ никают дополнительные инерционные усилия, пропорциональ­ ные динамическому коэффициенту

усилия увеличивают нагрузку на канат, по сравнению со ста­ тической, в 3—4 раза, а при отклонениях от нормальной навес­ ки — в 6—8 раз. В результате этого при бурении с завышенной навеской долота должны происходить большие деформации каната и амортизатора, чем при бурении с нормальной на­ веской.

Конструкция индикатора подачи, предложенного М. К- Пса­ ревым, проста (рис. 47). Верхний конец стальной проволоки 1 диаметром 3—4 мм закреплен на каретке головного блока; внизу проволока оттянута сильной пружиной, выше которой на­ ходится контактный датчик, устроенный следующим образом. На проволоке укреплена втулка 2 с подпружиненным контактом 3, ниже которого (на 16—21 мм) расположен неподвижный контакт 4, изолированный от массы станка. Между контактом 4 и массой станка последовательно включены батарея 5 и кон­

109

трольная лампа 6. Обычно расстояние между подпружиненным и неподвижным контактами на 1 —1,5 мм больше осадки амор­ тизатора при нормальной навеске долота.

При бурении с оптимальной навеской долота подпружинен­ ный контакт при каждом ударе опускается на 1,5—2 см, но не доходит до неподвижного контакта, поэтому контрольная лам­ па 6 не загорается. При увеличении высоты навески увеличи­ вается осадка амортизатора, и по­ движной подпружиненный контакт при каждом ударе бурового снаряда замы­ кает электрическую цепь контрольной лампы, вспышки которой указывают на необходимость подачи снаряда на забой скважины. После подачи снаря­ да и восстановления рациональной

чается в том, что он реагирует только на завышенные значения высоты навески долота. Заниженная высота является большой помехой при бурении, и реагирование индикатора в этих случаях сделало бы прибор универсальным и способствовало его быстрому внедрению в производство.

Вторая задача — плавное регулирование подачи долота на забой скважины — может быть решена путем конструирования и создания электрических, механических, гидравлических и ком­ бинированных устройств.

Электрические устройства будут через индикаторы или дат­ чики передавать импульсы на соленоид, который перемещает механический рычаг, плавно регулирующий степень натяжения тормозной ленты тормоза рабочего барабана.

В основу работы механических устройств необходимо поло­ жить такое распределение энергии падающего снаряда, при ко­ тором часть этой энергии произведет поворот заторможенного барабана на определенный угол, что обеспечит требуемую по­ дачу каната с барабана.

но

Конструктивной особенностью гидравлических устройств явится передача усилий на рычаг, плавно регулирующий подачу долота на забой скважины при завышенной или заниженной высоте навески долота. Процесс будет осуществляться при по­ мощи гидравлической среды через систему труб и клапанов.

Комбинированные устройства могут включать различные со­ четания отдельных механизмов. Например, замыкание контак­ тов при завышенной высоте навески долота позволит включить в работу электрический двигатель, который будет вращать чер­ вячную пару, а последняя — перемещать рычаг плавной регули­ ровки натяжения тормозной ленты. Такая схема автоматиче­ ской подачи инструмента на забой скважины разрабатывается в ИГД АН СССР.

Работа по созданию гидравлических устройств ведется в Магнитогорском горнометаллургическом институте. Здесь вы­ полнены расчеты одного из вариантов передачи усилий гидрав­ лическим способом на рычаг плавного регулирования высоты навески долота. Полученная схема требует конструктивного оформления и опытной проверки.

Одна из схем механических устройств применяется на совре­ менных станках ударно-канатного бурения. Она состоит из простого ленточного тоцмоза рабочего барабана, рукояти тормоза и гребенки. Ленточный тормоз выполняет две функ­ ции: затормаживает буровой снаряд при подъеме или опуска­ нии и обеспечивает при бурении скважин постепенную равно­ мерную подачу каната с рабочего барабана.

Буровой снаряд установлен над забоем скважины с необхо­ димой высотой навески долота и в этом положении зафикси­ рован тормозной лентой. Включается долбежный механизм, и снаряд, нанося удары по забою скважины, разрушает породу на определенную глубину. После того как весь заданный объем цилиндра выбурен, дальнейшее бурение производится с завы­ шенной высотой навески долота. При такой работе станка потребуется дополнительная энергия для сжатия амортизатора и растяжения каната с тем, чтобы снаряд достигал забоя скважины. Естественно, что такая же часть энергии будет при­ ложена к тормозу рабочего барабана в виде дополнительного окружного усилия. При оптимальном натяжении тормозной ленты количества дополнительной энергии достаточно, чтобы повернуть рабочий барабан на определенный угол и обеспечить такую длину каната, которая необходима для рациональной высоты навески долота. После выбуривания следующего ци­ линдра породы на заданную глубину высота навески долота снова увеличится и весь процесс повторится.

Выше указывалось, что глубина внедрения долота на мяг­ ких породах достигает максимальных значений, а на крепких — минимальных. Соответственно углублению долота должна из­ меняться и разовая подача каната с рабочего барабана: на

111

мягких породах он должен подаваться приблизительно в 10— 12 раз чаще, чем на крепких. Следовательно, и степень тормо­ жения рабочего барабана при бурении пород различной кре­ пости должна быть различной: меньшая — на мягких породах и большая — на крепких. Степень торможения зависит от поло­ жения рычага тормоза в гребенке. В крайнем верхнем положе­ нии достигается наименьшая степень натяжения ленты и наи-

большая подача каната с ба­ рабана, в крайнем нижнем — наибольшая степень натяже­ ния и наименьшая подача.

Полный ход рукояти тор­ мозного рычага составляет 240—250 мм. В гребенке тор­ моза имеется 6—7 пазов; та­ ким образом, расстояние меж­ ду двумя соседними положе­ ниями рукояти изменяется на

тую часть, определим расчетным путем изменение мощности торможения в зависимости от хода рукояти.

Результаты расчетов представлены на рис. 48. При смеще­ нии рукояти тормоза на всю длину (250 мм) величина пере­ мещения конца сбегающей ветви тормозной ленты, определен­

составляет для станка БУ-2 6 мм.

При износе тормозной ленты по радиусу на 1 мм величина перемещения конца ее сбегающей ветви

112

В этом случае при каждом ударе с барабана будет подаваться излишняя длина каната, что приведет к работе с заниженной вы­ сотой навески долота. Излишнюю длину сбегающей ветви ленты нужно систематически устранять, пользуясь (вручную) спе­ циальным устройством (см. рис. 17).

На основании вышеизложенного сделаем основные выводы:

1)существующие на ударно-канатных станках механические схемы автоматической подачи долота на забой скважины имеют два основных недостатка: а) ступенчатое регулирование подачи каната с барабана и б) необходимость систематической точной ручной настройки натяжения сбегающей ветви тормозной ленты;

2)для обеспечения плавной подачи каната с рабочего бара­ бана механическая схема должна быть дополнена гидравличе­ ской или электрической. Кроме этого, может быть применен но­ вый прибор — глубиномер ,* позволяющий не только точно зада­ вать высоту навески долота, но и контролировать процесс буре­ ния (рис. 49).

Глубиномер работает по следующему принципу. От зубча­ того колеса рабочего барабана вращение передается шестерне, червячному валу и червячному колесу. На одном валу с чер­

вячным колесом посажен диск, передающий вращение муфте, расположенной на валу. На этот же вал посажена стрелка 14, показывающая глубину скважины в метрах. От вала вращение передается через цилиндрические шестерни стрелке 13, показы­ вающей на циферблате глубину скважины в сантиметрах.

При забуривании скважины буровой снаряд вначале уста­ навливается на забой, а стрелки приводятся в нулевое положе­ ние. Затем снаряд несколько приподнимается и по положению стрелки 13 на шкале проверяют высоту навески долота. В этом случае она может быть задана с точностью до одного санти­ метра.

Значение высоты навески долота может быть проконтроли­ ровано и во время бурения. Для этого достаточно выключить ударный механизм и освободить тормоз рабочего барабана.

1 Конструкции прибора разработана студентом Магнитогорского горно металлургического института В. А. Пестряковым.

Стрелка 13 переместится в обратном направлении и укажет высоту навески долота над забоем скважины.

При наличии на станке глубиномера машинисту нет необ­ ходимости держаться рукой за канат, он будет следить за про­ цессом бурения по прибору. Глубиномер также реагирует на уменьшение скорости бурения из-за притупления долота или

Рис. 49. Схема глубиномера скважины:

1—барабан инструментальной лебедки; 2—канат; 3 — рубчатое колесо ба

скважины

большой плотности шлама и на начавшееся обрушение стенок скважины (при этом обе стрелки перемещаются с различной скоростью или вообще неподвижны).

§5. ХАРАКТЕР ПОДЛИВА И РАСХОД ВОДЫ ПРИ БУРЕНИИ

Впроцессе бурения >в скважину периодически подливают воду. Делают это для того, чтобы систематически очищать за­ бой от продуктов разрушения путем взвешивания в воде соот­

ветствующих фракций отбитой породы.

Разрушенная порода состоит из частиц различной крупности и различного веса. Их взвешиванию способствует падающий буровой снаряд: при его подъеме шламовый столб быстро опу­ скается, пе.реходя из кольцевого зазора в круговое сечение.

114

в шламе небольшой плотности. Исключение составляют породы вязкие, перевод которых во взвешенное состояние весьма затруд­ нен. Это обусловлено тем, что при бурении они отделяются от массива крупными кусками, которые при добавлении воды скле­ иваются, образуя тестообразную массу. Последняя налипает на клапан желонки и делает процесс желонирования неэффек-

Латегория буримости пород по шкапе МЖР

Рис. 50. Изменение фракционного состава шлама в за­ висимости от крепости пород

Для перевода крепких пород во взвешенное состояние тре­ буется шлам большой плотности, времени же на это затрачи­ вается больше, чем во всех других случаях.

Породы средней крепости здесь также занимают промежуточ­ ное положение.

При бурении пород трещиноватых процент крупных частиц в общем объеме разрушенных пород достигает своего макси­ мума; поэтому для их взвешивания требуется шлам большой плотности при малом расходе воды.

Результаты ситовых анализов фракционного состава шлама (рис. 50) показывают, что процентное содержание фракций 0—1 мм в буровом шламе уменьшается от 89 для пород мягких до 37% для пород крепких, а суммарный процент более крупных частиц (1—8 мм) соответственно возрастает.

116

При прохождении через шлам буровой снаряд испытывает гидравлическое сопротивление трех видов: гидростатическое, инерционное и гидродинамическое. Раньше считали, что основ­ ным является гидростатическое сопротивление. Последние же исследования показали, что более значительно гидродинами­ ческое.

Рассмотрим кратко факторы, влияющие на отдельные виды сопротивления.

Гидростатическое сопротивление шлама зависит от высоты и плотности (объемного веса) шламового столба. Высота и плот­ ность, в свою очередь, определяются крепостью пород.

Высота шламового столба может быть найдена по формуле

/4 = £д(1(74)

где £д—углубление скважины за операцию долбления, q— удельный расход воды, м31м3.

Формула (74) выведена для 'Случая, когда в скважине отсут­ ствует буровой снаряд.

К моменту удара на буровой снаряд действует выталкиваю­ щая сила, равная весу вытесненного им столба шлама, высота которого будет несколько больше Нш и определится из выра­ жения

где et— отношение диаметра штанги к диаметру долота.

Расчеты и опыты, проведенные на карьерах Урала, показы­ вают, что рациональная высота шламового столба уменьшается с увеличением крепости от 3,5 м— на мягких породах до 1,5— на крепких (рис. 51).

Если высота шламового столба в основном влияет на ускоре­ ние падающего снаряда, то плотность шлама является главным фактором, обусловливающим скорость взвешивания раздроблен­ ных частиц породы. Плотность шлама определяется: крепостью ■пород; характером пород (вязкостью, трещиноватостью и т. д.) и удельным расходом воды.

Плотность (объемный вес) шлама может быть найдена по

117

коэффициент / крепости пород по шкапе M.N Прото дьяконода

Рис. 51. Зависимость рациональных значений высоты шла­ мового столба Яш (/), плотности шлама уш (2) и удель­ ного расхода воды q (3) от крепости пород

Рис. 52. Зависимость производительности бу­ рения от плотности шлама:

/ — мягкие вязкие породы с рудной галькой; 2 — мер­ гель опока; 3 — малотрещиноватый аплит; 4 — мелко­ зернистый мрамор; 5 — сиенит

118