- •Литература:
- •Модуль 1. Классификация горных машин. Свойства горных пород. Бурильные машин
- •Классификация горных машин для открытой разработки полезных ископаемых
- •Физико-механические свойства горных пород
- •3.1 Краткая история развития буровой техники
- •3.2 Способы бурения горных пород
- •3.3. Новые методы бурения
- •3.4 Основы теории разрушения при различных способах бурения горных пород
- •3.4.1. Основы теории вращательного шнекового бурения режущим инструментом
- •3.5. Классификация бурильных машин.
- •3.6 Конструкция буровых станков
- •3.7. Вращатели буровых ставов
- •3.8. Механизмы подачи буровых станков
- •3.9. Буровой инструмент станков ударно-вращательного бурения
- •3.10. Буровой инструмент станков шнекового бурения.
- •3.11. Буровой инструмент станков шарошечного бурения
- •3.12. Инструмент станков огневого бурения
- •3.13. Вращательно-подающие механизмы (впм) буровых станков.
- •3.13.3. Вращательно-подающий механизм роторного типа
- •3.13.4. Впм станков шнекового и пневмоударного бурения
- •3.14.Ударные механизмы буровых станков
- •3.14.3. Расчет основных параметров пневмоударников
- •3.15. Ходовое оборудование буровых станков.
- •3.16 Привод буровых станков.
- •3.17. Определеине критичской и эксплуатационной скорости вращения шнека.
- •3.18. Определение расхода воздуха на продувку скважины.
- •3.19. Пылеулавливание и пылеподавление при шарошечном бурении.
- •3.19.3. Конструкция и принцип работы пылеулавливающей установки
- •3.20. Определение основных параметров буровых станков.
- •3.21. Техническая характеристика буровых станков.
- •3.22. Основные направления совершенствования буровых станков.
- •Машины для зарядки и забойки скважин
- •4.1 Машины для зарядки скважин
- •4.2 Машины для забойки скважин.
- •Модуль 2. Экскаваторы
- •5. Экскаваторы
- •5.1 Одноковшовые экскаваторы
- •5.2 Рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов
- •5.3. Расчет мощности подъемного и напорного механизмов прямой лопаты
- •5.4. Расчет мощности тяговой и подъемной лебедок драглайна
- •5.5. Поворотная платформа
- •5.6. Определение момента инерции вращающихся частей одноковшовых экскаваторов и мощности двигателя поворота
- •5.7. Ходовое оборудование
- •5.7.8. Эксцентриковый механизм шагания
- •5.8. Тяговый расчет гусеничного хода
- •5.9. Механическое оборудование одноковшовых экскаваторов
- •5.10. Силовое оборудование одноковшовых экскаваторов
- •5.11. Механизмы и аппаратура управления
- •5.12. Статический расчет одноковшовых экскаваторов
- •5.13. Производительность одноковшовых экскаваторов
- •5.14. Область применения, техническая характеристика и направления развития одноковшовых экскаваторов
- •5.15. Вскрышные экскаваторы
- •Многоковшовые экскаваторы
- •Основные показатели роторных экскаваторов:
- •Конструкция рабочего оборудования
- •Роторы камерной конструкции
- •Роторы бескамерной конструкции
- •Роторы комбинированной (полукамерной) конструкции.
- •Ковши роторных экскаваторов
- •Привод роторов
- •Роторные стрелы
- •Опорно-поворотное устройство
- •Транспортирующее оборудование (конвейеры)
- •Ходовое оборудование роторных экскаваторов
- •Рельсовое ходовое оборудование
- •Гусеничное ходовое оборудование
- •Шагающе-рельсовое ходовое оборудование
- •5.15.5. Определение основных параметров роторных экскаваторов
- •5.15.7. Определение производительности многоковшовых экскаваторов
- •5.16. Техобслуживание и ремонт экскаваторов
- •5.17. Правила т.Б. При работе на экскаваторах
- •Модуль 3.Вспомогательные выемочно-транспортирующие машины. Гидромеханизация
- •Вспомогательные выемочно-транспортирующие машины
- •6. Бульдозеры
- •7. Скреперы
- •8. Рыхлители
- •9. Одноковшовые погрузчики
- •10. Машины для гидромеханизации
- •10.1.1. Классификация гидромониторов
- •10.1.3. Структура и параметры струи гидромонитора
- •10.1.4. Гидравлический расчет гидромонитора.
- •10.1.6. Автоматизация гидромониторных установок
- •10.1.7. Техническая характеристика гидромониторов (самоходные)
- •10.2.1. Классификация драг
- •10.2.2. Конструктивная схема многочерпаковой драги
- •10.2.3. Принцип работы драги
- •10.2.4. Производительность драг
- •10.2.6. Эксплуатация драг
- •10.2.7. Техническая характеристика драг
- •10.3.1. Классификация землесосных снарядов
- •10.3.2. Конструкция землесосных снарядов
- •10.3.3. Расчет производительности
- •10.3.4. Автоматизация землесосных снарядов
- •10.3.5. Требования безопасности при гидромониторных и землесосных работах
- •10.3.6. Техническая характеристика некоторых типов земснарядов
3.3. Новые методы бурения
В настоящее время производится исследования следующих способов бурения:
-
Вибрационное бурение;
-
Ультразвуковое бурение;
-
Гидравлическое бурение (бурение жидкостью под давлением);
-
Бурение с помощью взрывов зарядов ВВ (взрывобурение);
-
Эрозионное гидромониторное бурение;
-
Электрогидравлическое бурение;
-
Электроимпульсное бурение;
-
Плазменное бурение;
-
Лазерное бурение;
-
Разрушение горных пород в электромагнитном поле высокой частоты.
3.3.1. Вибрационное бурение. Сущность вибрационного метода заключается в том, что при обычном вращательном способе бурения на породоразрушающий инструмент накладываются колебания определенной частоты и амплитуды, создающейся специальным вибратором.
Действие вибратора основано на эффекте центробежной силы, возникающей при вращении неуравновешенных масс (эксцентриков) на горизонтальном валу. Горизонтальные составляющие центробежной силы уравновешиваются, а вертикальные складываются и воздействуют на породоразрушающий инструмент.
Инструмент вращается с помощью специального вращателя. Процесс разрушения при вибрационном бурении носит усталостный характер, при котором под действием знакопеременной нагрузки в зоне контакта с инструментом порода разрушается более интенсивно, чем при вращательном способе бурения. Механические вибраторы создают колебания частотой 100-250Гц. Применяется в геологоразведке при бурении трубчатым инструментом по слабым горным породам с отбором керна. |
3.3.2. Ультразвуковое бурение Если через катушку проволоки, намотанной на стержень, изготовленного из ферромагнитного материала, пропустить переменный ток высокой частоты, то стержень начнет сжиматься и растягиваться с такой же частотой, что и частота тока. При этом конец стержня будет излучать ультразвуковые колебания частотой 10000-20000 Гц. При бурении горной породы в зону разрушения (под стержень) подается суспензия абразивов в жидкости, а инструмент подается на забой с небольшим усилием. С помощью скоростной киносъемки установлено, что разрушение происходит вследствие забивания зерен абразивов в материал торцом инструмента. Разрушаемый материал должен быть хрупким. Скорость бурения 2- мм/мин (очень низкая), для бурения горных пород этот способ пока не перспективен. |
3.3.3. Гидравлическое бурение. При этом способе разрушение горной породы осуществляется струями жидкости под большим давлением. Крепкие горные породы могут быть разрушены струей жидкости вытекающей со скоростью до 1000м/с и давлением до 5000ДаН/см2=500МПа.Сотрудники Сибирского отделения АНСССР под рук. Б.В. Войцеховского создали сверхмощный водомет со струей создающей давление 40000 ДаН/см2=4000МПа. Такая струя способна разрушить породу различной крепости. Пробивает металл толщиной до 10мм. Недостаток – цикличность (время зарядки от 0,50-1часа).
Оригинальный способ гидравлического разрушения был предложен А.П. Островским и Е.Б. Каганом. В скважину заполненную водой, подаются специальные герметические оболочки, из которых удален воздух. Встречаясь с забоем скважины, оболочки разрушаются. При этом происходит смыкание вакуумной полости, жидкость приобретает большую скорость и воздействуя на горную породу разрушает ее. По существу здесь имеет место явления кавитации.
3.3.4. Взрывобурение При взырвобурении в поток промывочной жидкости через специальное шлюзовое устройство подается ампулы ВВ состоящее из 2х отсеков, заполненными компонентами которые порознь не взрываются. В нижней части буровой колонны имеется сужение, при прохождении которого хрупкая перегородка ампулы разрушается, ВВ смешивается и взрывается. Обычно ампулы выпускаются группами по 15-20 штук. При этом буровой став остается неподвижен, а забой скважины вследствие разрушения породы удаляется от штанги. Затем |
буровая штанга опускается вниз до встречи с забоем, потом приподымается на безопасную высоту и взрывается следующая группа ампул.
При глубине скважины до 1000м частота посыла ампул на забой составляет 600-700 шт/час. Максимальная проходка за рейс инструмента – 100м. Максимальная скорость бурения – 16м/ч.
Взрывобурение может применяться и с продувкой скважины сжатым воздухом (особенно целесообразно при бурении по трещиноватым породам, где идет сильное поглощение воды или раствора).
|
3.3.5. Гидравлическое бурение Способ разработан в США и прошел испытания в западном Техасе. При этом способе бурения разрушение породы происходит под действием струи жидкости, содержащей абразивные материалы (кварцевый песок, стальная дробь) в концентрации 5-15% по объему. Размер зерен абразивного материала 20-40 меш. (Обозначение меш – число квадратных отверстий, приходящихся на один линейный дюйм: 25,4 мм; шкала Тейлора, которая получила распространение в США. Применяется для характеристики сетки в США. Этот способ не дает непосредственно величины отверстия сетки, т.к. оно зависит от толщины проволоки). У нас для этого отв. сетки в мм или микр. |
Скорость истечения абразивной жидкости из гидромониторных насадок должна быть не менее 200м/с при перепаде давления потока 350 ДаН/см2 (35МПа)
3.3.6. Электрогидравлический способ. Предложен Л.А. Юткиным. Сущность способа заключается в том, что при высоковольтном импульсном разряде в жидкости в результате выделения значительных величин энергии в очень маленьком промежутке времени возникают и распространяются мощные ударные волны. Сила этих волн такова, что они могут разрушать горные породы, залитые жидкостью.
В скважине, заполненной водой, реализуется высоковольтный импульсный разряд. Под действием разряда в жидкости возникают и распространяются мощные ударные волны, которые и разрушают горную породу.
Скорость бурения при использовании этого способа составляет 0,5см/мин. Расход энергии на один разряд был 100кгс×м т.е 1000 Джоулей (1 Дж = 1Н×1м)
3.3.7. Электроимпульсное бурение (разработано профессором А.А. Воробьевым). При этом способе бурения скважина заполняется промывочной жидкостью, электрическая прочность которой превышает электрическую прочность породы забоя. К забою скважины прижимаются 2 электрода и подаются кратковременные электрические импульсы напряжения.
В этом случае разряд проходит через твердое тело. Электрический пробой сопровождается эффективным разрушением породы. В этом заключается принципиальное отличие между электроимпульсным и електрогидравлическим способом, где разряд проходит через жидкость.
Амплитуда импульсов достигает 250 кВ;
Емкость импульса достигает 15600 пФ;
Частота импульсов 30 Гц.
Электроимпульсный метод характеризуется малой энергоемкостью и отсутствием вращения бурового снаряда.
3.3.8. Плазменное бурение При этом способе бурения на забой скважины направляется струя холодной плазмы, имеющей температуру от4000°С до 40000°С. Источником плазмы является плазмотрон, который еще называется электродуговой плазменной горелкой. Рассмотрим принцип работы плазмотрона (см. схему).
Электрод (1) выполнен в виде стержня, электрод (5) в виде диска с отверстием (соплом). Между электродами зажигается дуга. Через канал вдоль электрической дуги со стороны первого электрода продувается газ. Проходя через столб разряда дуги газ, ионизируется, образуя плазменную струю и выходит из сопла в виде яркого светящегося факела. Охлаждается плазмотрон водой. Высокотемпературная плазменная струя используется для разрушения горной породы.
Схема плазматрона
|
1- электрод; 2 – канал; 3 – охлаждающая вода; 4 – столб дуги; 5 – электрод с соплом; 6 – плазменная струя; 7 – порода; 8 – источник тока.
Наибольший эффект имеет место при температуре дуги равной 4000-4500°С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к расплавлению породы. Скорость плазменной струи до 2000м/с. Мощность плазменной горелки 150-400кВт. Напряжение питания 1600В. Скорость бурения достигнутая для этого метода 5м/ч (труднобуримые породы)
|
|
3.3.9. Разрушение горной породы в электромагнитном поле высокой частоты.
1 – пластины конденсатора; 2- изоляционные прокладки; 3- блок горной породы. |
Физическая сущность разрушения горной породы токами высокой частоты заключается в высокочастотном нагреве с возникновением разрушающих температурных напряжений. При высокочастотном нагреве интенсивно нагреваются только те минералы, которые поглощают электромагнитную энергию. Разные минералы нагреваются с различной скоростью, что приводит к возникновению разности температур и температурных напряжений, приводящих к нарушению сплошности горной породы. |
Для разрушения этим методом электродные пластины 1,2 накладываются на спланированную площадку породы 3, к ним подключаются провода от источника высокочастотного тока. Между пластинами возникают высокочастотные электромагнитные микроволновые колебания, поглощаемые породой и разогревающие её, вследствие чего происходит процесс разрушения.
Лекция 3.