Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состоят работ по повышению точности буренш скважин и зад чи исследований ; 10
1.1. Состояние вопроса и анализ литературы 10
1.2. Существующие средства ориентирования скважин, съемки их отклонения и искривления 16
1.3. Цель и задачи исследований изводы 19
2. Исследование закономерностей отклонения и искривления взрывных сшіин .21
2.1. Объект исследований 21
2.1.1. Краткая характеристика горногеологичеоких условий 21
2.2. Принятая терминология и обозначения 26
2.3. Методика съемки направления "ЇСТЬЯ и профиля взрывных скважин 30
2 1. Анализ отклонений от проектного направления при зябуривании скважин .40
2.5. Анализ искривления взрывных скважин 43
2.6. Влияние отклонения скважин при забурнвании и их искривления на качество отбойки 48
3. Исследование закономерностей взаимодействия бурового инструмен5а с породой при забуритнии скважин 61
3.1. Методика определения угловых отклонений при забурнвании скважин для оценки значимости причин их возникновения 61
3.2. Влияние основных факторов на отклонение скважин при забуривании 66
3.3. Исследование неровностей стенок выработок на угол встречи бурового инструмента с породой при забуривании скважин 68
3.4. Теоретические ОСНОЕЫ движения долота при внедрении бурового инструмента в массив при забури-вании скважин 75
3.5. Влияние жесткости конструктивных элементов и закрепления станка на отклонение долота при забуривании скважин 117
3.6. Способы забуривания для снижения отклонений долота при внедрении инструмента в породу 133
4. Экспериментальные исследования взаимодействия долота с массивш пїи забушвании скважин 137
4.1. Цель и задачи экспериментов .137
4.2. Лабораторная буровая установка и методика проведения исследований 139
4.3. Планирование экспериментов при лабораторяо-стендоЕых исследованиях 152
4.4. Результаты лабораторяо-стендовых исследований 160
4.5. План эксперимента и исследование взаимодействия долота с массивом горных пород при забуривании скважин станком HKP-I0QM в промышленных условиях 188
4.6. Исследование формы, устья взрывных скважин на Тыряыаузском месторождении 204
5. Промышленные испытшя способов и средств, повышающих точность забуриванж скважин 210
5.1. Способы и средства для снижения отклонений при забуривании скважин 210
5.2. Промышленные испытания способа и средств управления процессом забуривания скважин и приборов контроля 2X6
5.3. Расчет экономической эффективности применения способа управления процессом взаимодействия долота с массивом при забуривании скважин 225
Выводы 230
Заключение 231
Литература . 233
Приложений
- Существующие средства ориентирования скважин, съемки их отклонения и искривления
- Принятая терминология и обозначения
- Влияние основных факторов на отклонение скважин при забуривании
- Исследование формы, устья взрывных скважин на Тыряыаузском месторождении
Введение к работе
В Постановлении ХХУІ съезда КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-85 гг. и на период до 1990 года" записано "Совершенствовать технологию добычи и переработки руд и концентратов...". Эта проблема неразрывно связана с улучшением качества отбойки. Опыт работы подземных рудников министерств черной и цветной металлургии СССР показывает, что отклонения взрывных скважин от проектного направления составляют в среднем 3-5°, достигая 12-15°t в результате чего увеличивается выход негабарита, что сдерживает дальнейший рост производительности труда на очистных работах при подземной добыче руд. Кроме того большие угловые отклонения скважин снижают показатели извлечения полезных ископаемых и приводят к увеличению их разубоживания. Снижение отклонений взрывных скважин при эабуривании дает возможность более равномерно размешать их в отрабатываемых блоках, что позволяет улучшить качество отбойки и повысить показатели извлечения запасов руд. Однако до настоящего времени процесс внедрения бурового инструмента в массив при эабуривании исследован недостаточно. При этом не разработан эффективный способ, обеспечивающий снижение отклонений при эабуривании скважин.
Таким образом, научная задача разработки способа управления процессом взаимодействия долота с массивом при эабуривании взрывных скважин является актуальной. Ее положительное решение позволит повысить эффективность добычи руд подземным способом.
Цель работы - установление закономерностей взаимодействия долота с массивом при эабуривании взрывных скважин для разработки способа управления этим процессом, позволяющего повысить точность их размещения во взрываемом массиве и достигнуть более эффективного дробления руд при отбойке.
Идея работы заключается в уменьшении боковых смешений долота при его внедрении в массив при забуривании и его последующем отклонении: на требуемую величину для снижения ошибок в направлении скважин»
В результате работ советских ученых (Б.И.Воздвиженского, С.С.Сулакшина, А.Г.Григорьева, М.П.Гулизаде и др.), а также зарубежных исследователей (А.Лубинского, В.Г.Вудса и др.) в борьбе с искривлением эксплуатационных скважин имеются определенные достижения. Однако снижению отклонения взрывных скважин уделялось недостаточно внимания. Не установлены закономерности движения долота при внедрении бурового инструмента в массив, не разработаны эффективные способы управления процессом эабуривания для снижения отклонений взрывных скважин от заданного направления.
Для оценки значимости угловых и линейных отклонений выполнена съемка направлений устья скважин и их профиля на Тырныауз-ском вольфрамо-молибденовом и Шерегешском железорудном месторождениях. Полученная информация обработана методами математической статистики, что дало необходимый материал для научных выводов по влиянию отклонения и искривления скважин на параметры БВР и выход негабарита при отбойке.
Рассмотрены закономерности контактирования бурового инструмента с массивом при забуривании взрывных скважин. Установлена зависимость угла встречи долота с породой от схемы расположения скважин, формы сечения и неровностей стенок буровых выработок. Исследовано взаимодействие упруго закрепленного породоразрушаю-щего инструмента с породой при контактировании под углами 30 -90°. Определены зависимости угловых отклонений скважин от угла встречи долота с массивом, прочности горных пород, величины статической и динамической нагрузок и жесткости конструктивных элементов и закрепления станка в выработке. Подготовлены методики и разработаны планы экспериментальных работ, которые проводились в лабораторных условиях Московского горного института и института ВНИМИ и в промышленных условиях рудника "Молибден" Тырныаузского комбината, рудника Шерегеш ПО "Сибруда" и одного из рудников Кривбасса.
К защите представляются следующие научные положения.
Установлено впервые, что при забуривании скважин под углами от 30 до 90° к поверхности массива от действия статической и ударной нагрузок буровой инструмент перемешается по криволинейной траектории до положения, при котором угол встречи долота с \ образующимся скосом породы на устье становится равным нулю.
Установлено впервые, что при контактировании породоразру-шаюшего инструмента с породой под углами от 30 до 60° и действии на него статической осевой нагрузки боковое смешение неврашающе-гося инструмента в 3-Ю раз меньше, чем вращающегося.
Установлено впервые, что отклонение скважин при забуривании нелинейно возрастает с уменьшением угла встречи долота с поверхностью массива и увеличением прочности породы; находится в обратной зависимости от жесткости конструктивных элементов и закрепления станка в выработке. Влияние статической нагрузки на увеличение отклонений в 3-4 раза больше, чем динамической. ]/
Установлено впервые, что при внедрении инструмента в породу под углами от 30 до 70° глубина его погружения в массив уменьшается с 3-14 мм в начальный момент до 0,4-1 мм в заключительный период забуривания, а количество нагрузочных импульсов ежатия в волне деформаций изменяется от 4-6 до 1-2.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- согласованием значений отклоняющих сил и относительных боковых смешений.статически нагруженного бурового инструмента, рассчитанных на основе теории движения твердого тела по поверхности массива, с опытными данными, полученными в лабораторных и промышленных условиях;
- достаточным объемом экспериментальных исследований на стендовой буровой установке в лабораторных условиях, в результате чего с надежностью 92% доверительные границы составляют не более 1Ь% от установленных значений отклонений и отклоняющих сил;
- качественным соответствием осциллограмм импульсов напряжений, записанных при исследовании процесса взаимодействия долота с массивом в лабораторных условиях, математической модели, разработанной на основе волновой теории Сен-Венана;
- положительными результатами повышения точности забурива-ния взрывных скважин на руднике "Молибден" Тырныаузского ВМК, Шерегешского рудоуправления ПО "Сибруда" и одном руднике Крив-басса.
Научное значение состоит в установлении закономерностей взаимодействия долота с массивом при забуривании взрывных скважин для обоснования способа управления этим взаимодействием.
Практическое значение заключается в разработке способа управления процессом взаимодействия долота с массивом. На его основе разработана "Инструкция по бурению направленных скважин станком НКР-ЮОМ с применением УПР или модернизированной распорной колонки и съемке направления скважин? Выполнение операций забуривания по "Инструкции..." обеспечивает уменьшение боковых смешений долота при внедрении в массив и позволяет отклонять буровой инструмент на требуемую величину, в результате чего достигается повышение точности размещения скважин БО взрываемом массиве.
Реализация выводов и рекомендаций работы. "Инструкция по бурению направленных скважин станком НКР-І00М с приїденением ЛІР или модернизированной распорной колонки и съемке направления скважин" внедрена на руднике "Мобилден" Тырныаузского ВМК и Ше-регешском рудоуправдении ПО "Сибруда", на которых отбито 967,2 тыс.тонн руды скважинами, забуренными с применением разработанного способа управления процессом взаимодействия долота с массивом. Общий экономический эффект составил 80223 руб.
Основные результаты работы доложены на У и УЛ Всесоюзных научных конференциях ВУЗов СССР с участием научно-иселедоваие-льских институтов по физике горных пород и процессов (г.Москва, февраль 1973 г. и январь 1981 г.); на УШ Всесоюзной научно-технической конференции по буровзрывным работам (г.Ворошиловград: сентябрь, 1979 г.).
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных научных работ и получено 4 авторских свидетельства.
Автор выражает глубокую признательность проф.,докт.техн. наук Кутузову Б.Н. за внимание и оказанную помощь при решении различных задач, связанных с выполнением данной работы. Автор благодарит сотрудников отраслевой Лаборатории и кафедры FOB МГИ за участие и полезные обсуждения по выполняемой работе, а также ИГР и рабочих Тырныаузсного ВМК, Шерегешского рудоуправления и одного из северных рудников Кривбасса за участие и оказание помощи в проведении промышленных исследований и экспериментов.
Существующие средства ориентирования скважин, съемки их отклонения и искривления
Приборы и приспособления для ориентирования скважин и съемки их отклонения и искривления можно разделить на три основные группы:- для ориентирования скважин (бурового снаряда) при забуривай ии;- для замера направления устьев скважин;- для измерения искривления скважш (съемки профиля скважины).
В настоящее время ориентирование взрывных скважин при забу-ривании в вертикальной плоскости осуществляется посредством угломерного полукруга или транспортира с отвесом. Основным недо статком этих приспособлений является крупная цена делений, равная 0,5-2. Кроме того эти устройства не позволяют достичь полной соосности линии нулевых отсчетов с направлением буровых штанг. Б результате отмеченных недостатков точность ориентирования в рассматриваемой плоскости значительно ниже требуемой.
Известно устройство для ориентирования буровых штанг при забуривании скважин, содержащее угломерный круг, опорную площадку, уровни и отсчетную систему /24-/ Недостатком этого устройства является низкая точность, громоздкость, несовершенство конст-рукции и большая трудоемкость работ.
Ориентирование скважин в горизонтальной плоскости ведется практически без всяких приборов и в лучшем случае по линейным измерениям относительно ранее пробуренного веера (ряда) скважин. Применение для этой цели приборов, имеющих в своей основе магнитную стрелку (буссоли, горного компаса и пр.), а также /25/ невозможно, так как показания искажаются из-за наличия в забое крупных ферромагнитных предметов.
Разработанное в НИІРИ устройство в виде заостренного стержня, устанавливаемого на удлинителе рукава станка НКР-І00М и расположенного параллельно оси подающего патрона /26/ не может быть использовано из-за ряда недостатков:- низкая точность;- большая трудоемкость монтажа и демонтажа;- загромождается рабочее место бурильщика. Маркшейдерские приборы (теодолиты, угломеры и пр.) дляориентирования скважин не нашли применения из-за большой трудоемкости работ.
Таким образом, можно констатировать, что приборов для точного ориентирования скважин при забуривании, отвечающих совре менным требованиям, в настоящее время не имеется.
К цриборрм для замера направления устьев скважин следует отнести угломерный полукруг, горный компас, теодолит, угломер и др. Первые не удовлетворяют требованиям точности, а маркшей-дерсние приборы (теодолит, углоыер) для этих целей не могут быть эффективно использованы с одной стороны из-за большой трудоемкости процесса съемки и камеральной обработки результатов измерений, с другой, - точность замеренных параметров направления устья скважин практически не отличается от обычной глазомерной съемки из-за того, что отсутствуют устройства для точного выноса направления скважин вне ее устья /27/ и накапливаются ошибки из-за большого числа линейных и угловых измерений, другие устройства /25,28/ также не удовлетворяют требованиям точности съемки. Следовательно, приборов и способов, удовлетворяющих современным требованиям к замерам направления устья скважин, в настоящее время также нет.
До настоящего времени для нужд горной промышленности приборі для оъемки профиля подземных взрывных скважин отечественной промышленностью не создавались и речь в этом аспекте может идти только об использовании геологоразведочных приборов скважин-ного каротажа - инклинометров /2,5 и др./. Эти приборы созданы для съемки профиля геологоразведочных и нефтяных скважин, бурение, назначение и условия эксплуатации которых, как отмечено выше, существенно отличаются от тех, в которых предполагается их использовать. Анализируя данные, приведенные в /2,5,29 и др./, можно сделать вывод,- что имеющимися приборами невозможно замерить угол наклона взрывных скважин во всем, их диапазоне, так как у инклинометров он составляет 0 +50 (отсчет от зенита). Следовательно в случае их применения для съемки профиля исследуемых скважин необходимы конструктивные изменения существующих приборов.
Принятая терминология и обозначения
Б связи с тем, что терминология по отклонению и искривлению скважин применительно к условиям горнорудной промышленности окончательно не сложилась, возникла необходимость в уточнении понятий и терминов, определяющих ж характеризующих исследуемые явления.
Б практике горных работ параметры буровзрывных работ оцениваются по двум взаимноперпендикулярным направлениям; линии отбойки и линии наименьшего сопротивления (ЛНС). Ориентация указанных направлений относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей может быть самой различной. Отмеченная неопределенность вызывает затруднения при исследовании рассматриваемого явления. Поэтому примем за основу наиболее распространенный случай, при котором линия отбойки совпадает с плоскостью рядов или вееров скважин и при этом плоскость последних расположена вертикально.
При отбойке полезных ископаемых комплектами параллельных сближенных скважин (пучками), располагаемыми по кольцу или полукольцу, возникает необходимость оценивать взаимное отклонение скважин, входящих в комплект. Б этом случае удобно рассматривать исследуемое явление в касательном и радиальном направлении комплектов (буровой установки).
Таким образом, отклонение и искривление скважины будут рас сматриваться по линии отбойки (вертикальная плоскость) или ігри отбойке комплектами в касательном направлении и по ЛНС (горизонтальная плоскость для наклонных скважин) или по радиксу комплектов.
Взаимное расположение в пространстве основных параметров отклонения вертикальных скважин показано на схеме (рис.2.1). Для большой наглядности и простоты схема шполнена в аксонометрии, в которой проектная ось скважины QA совмещена с осью координат 0Z и направлена вниз. Ось ОХ совмещается с линией отбойки или с касательным направлением комплекта скважин и впредь будет именоваться вертикальным или касательным направлением и все обозначения проекций на плоскость Z0X будут иметь индекс 40", а ось ОУ - с ЛНО слоя (уступа) или с радиусом комплекта скважин и будет именоваться горизонтальным или радиальным направлением соответственно с индексом "о(" у принятых символов.
При забуривании скважина отклоняется и занимает положение ОБ, которое будем называть осью забуривания. Плоскость Р, совмещенная с проектной и вновь образующейся осью, является плоскостью отклонения скважины при забуривании. Пространственное направление этой плоскости, как правило, характеризуется углом
В процессе бурения в большинстве случаев скважина искривляется. Ось скважины в этом случае представляет собой сложную пространственную кривую. При этом под искривлением скважины понимаем изменение положения ее оси относительно оси забуривания. Линию, соединяющую точку К с началом координат, будем называть приведенной осью скважины, а плоскость Q , совмещенную с точкой К и осью QA. - плоскостью искривления. Ее пространственное положение, как правило, определяется углом Fu, составленным плос Б дальнейшем будут использованы следующие основные названия угловых отклонений:д/35- угол отклонения скважины при забуриваний это угол между проектной осью и осью забуртания в плоскости отклонения» Р, град; Рь»Флн ЕеРттшалъныЕ1 (касательный) и горизонтальный (радиаль-ный) углы отклонения - это проекции угла д , соответственно на плоскости Х02 и У02 » град;й ц- приведенный угол искривления скважины - это угол между приведенной осью и осью заложения в плоскости искривления град; ы 4%д вертикальный и горизонтальный приведенные углы искривления - это проекции угла ДД, на плоскости X0Z и У02 , град.По аналогии с угловыми приняты термины и обозначения линейных отклонений от смещения долота при забуривании скважин Ь$ искривления 4 и их общие значения &0 , проекции которых на плоскости Х02 и J0Z получают индексы б и о( (см»рис.2.1).
Для оценки искривления скважин необходимо знать следующие параметры:bfaif- истинный угол искривления скважины - это угол, образованный касательной к ее оси на глубине и осью забуривания, град; г цв $ицЫ Цроекции истинного угла искривления соответственно на плоскости X0Z и У02 , град;/ - интенсивность искривления скважины - это величина истинного угла искривления, отнесенная к длине скважины,кратной 10 м.
Другие термины и обозначения: л - угол встречи бурового инструмента с поверхностью массива - это угол, составленный осью долота (коронки) с поверхностью породы при забуривании скважин, град;- наклон поверхности породы - это направление, которое начинается от оси долота со стороны тупого угла, составленного осью бурового инструмента с поверхностью массива, и совпадает с апси-дальной плоскостью, характеризуется острым углом, равным 90-о град;
- боковое направление от наклона поверхности породы - это направление, совпадающее с перпендикуляром, восстановленным к направлению наклона поверхности породы;- буровая установка - это подземный буровой станок» установленный и закрепленный в буровой выработке и подготовленный для бурения скважин; - коэффициент жесткости буровой установки - это сила, которую необходимо приложить к долоту буровой установки, чтобы отклонить его на единицу длины, Н/м.
Как отмечено выше, в настоящее время в горной промышленности отсутствует измерительная техника, соответствующая требованиям выполняемых исследований. В этой связи нами сконструировано и изготовлено приспособление с угломерным полукругом и буссолью, предназначенное для замеров направления устья скважин, и оптическое устройство для съемки их профиля /35/, В дальнейшем, для более точных измерений автором разработаны устройство для съемки скважин (самоцентрирующаяся измерительная штанга) /36/ и устрой-ство для ориентирования буровых штанг (проекционный прибор типа ТР) /37/, Опытные образцы измерительных штанг (рис.2.2) изгото Для съемки профиля глубоких взрывных скважин были применены инклинометры типа ИК-І /38/. Один из указанных приборов исполнителем переоборудован для измерения пространственного поло-нения горизонтальных и слабонаклонных скважин. При этом изменена форма изоляционной колодки буссоли и на 3 мм опущена ось ее подвески. Вновь изготовлена требуемой формы фиксирующая дуга буссоли и переориентирован копир отвеса. Была проведена перепайка токопр сводящих проводов к реохордам буссоли и отвеса. После переоборудования црибор был оттарирован та инклшометрическом столе УСИ-2 Съемка направлення устья вертикальных скважин прибором TP-I состоит в следующей, Б скважину вводится и закрепляется самоцентрирующаяся измерительная штанга. На нее устанавливается проекционный прибор TP-I. Выбирают два основных направления съемки. Для одиночных параллельных скважин, предназначенных для отбойки руда, за первое основное принимается направление вдоль их рядов, и вюрое - по ЛНС отбойки. При исследовании параллельных сближенных скважин, расположенных в комплекте по кольцу или полукольцу, первое основное направление совмещают с его радиусом, а второе - с касательной. Прибор поворачивают вокруг штанги до совмещения проекционного луча с одним из основных направлений. Уровень проекционной трубы выводится в горизонтальное положение. По лимбу угломерного круїа берется отсчет. Измерение повторяется при положении црибора с цротивоположной стороны измерительной штанги. Затем аналогичные измерения выполняю? в другом основном направлении.Угловые ошибки при забуривании вертикальных скважин оп
Влияние основных факторов на отклонение скважин при забуривании
В соответствии с составленной методикой на руднике "Молибден" ТВМК на блоке 3-4 была проведена съемка направления бурового снаряда, установленного для забуривания скважин, а на блоках 5 и 19 было замерено положение их устья и других параметров» необходимых для расчета величины угловых отклонений, возникающих в результате смешения долота при его внедрении в породу. При исследовании установлено, «то угловые отклонения из-за ошибок при ориентировании бурового снаряда изменяются в вертикальной плоскости от 0 до 5,О и в горизонтальной от 0 до 12,6, а от смешения долота - от 0 до 6,85.
Полученная информация обработана методами математической статистики. Результаты расчетов приведены в табл.ЗЛ.
Из приведенной таблицы видно, что параметры угловых ошибок при ориентировании бурового снаряда несколько превосходят аналогичные величины, характеризующие боковое смешение долота при забуривании скважин. Сравнивая полученные результаты с общими угловыми отклонениями (приложение I, таблЛЛ и 1.2), можно сделать вывод, что среднеарифметическая и стандарт отклонений из-за ошибок при ориентировании бурового снаряда как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, составляют 45-65%, а от бокового смешения бурового инструмента при внедрении в породу -35-55$ от их обшей величины. Следовательно отклонения скважин при забуривании по рассматриваемым причинам имеют одинаковую значимость. Поэтому при решении проблемы повышения точности бурения взрывных скважин должны разрабатываться способы и средства, которые позволят повысить точность ориентирования бурового снаряда при их заложении и снизить или устранить угловые отклонения» возникающие вследствие смещения долота в процессе забу-ривания.
Подземные буровые станки устанавливаются в выработках с таким расчетом, чтобы обеспечивалось удобство в работе и безопасные условия для забуривания скважин и наращивания буровых штанг в процессе бурения. При ширине и высоте буровой выработки» равной (рис.3.2), как правило, для станков НКР-ЮОМ = 1/3, а для БШ-І45М тг = 1/2, где Q. - расстояние от оси станка до стенки выработки. Из приведенных схем расположения вееров видно, что угол встречи оС бурового инструмента с поверхности забуривания величина непостоянная и в зависимости от угла наклона скважины и радиуса сопряжения стенок выработки изменяется, как правило, от 90 до 45. Его среднее значение можно определить по формуле /44/где t- радиус сопряжения стенок выработки, м;
Ки- коэффициент, учитывающий неровности стенок буровой выработки. На Тырныаузском месторождении выполнены замеры неровностей стенок буровых выработок. Методика исследований заключалась в следующем. По стенкам выработок, пройденных по породам с коэффициентом крепости у- , равном 6-8, II—12 и 16-18 по шкале проф.М.М.Протодьяконова, отмечались участки площадью 2x2 ьг, на которых через 500 мм чертились по три царапины как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. При помощи рейки и линейки по отмеченным направлениям измерялось расстояние (база) 0 (рис.3.3) между выступами неровностей и наибольшее углубление К . Для упрощения расчета форма углубления принята не криволинейной АВСДЕ, а в виде двухгранных поверхностей АСЕ
Коэффициент, учитывающий неровности стенок выработки, определяется по формулегде 90 - прямой угол, град.
Выполненные замеры и расчеты по (3.4) показали, что коэффициент Кн изменяется от 0,5 до I и составляет в среднем 0,82. Полученная информация обработана методами математической статистики. Результаты расчетов приведены в табл.3.2.
Из приведенной таблицы видно, что шероховатость стенок буровых выработок, пройденных по породам средней крепости, в 2,5-3 раза меньше, чем в весьма крепких горных породах (см.соотношение расстояний между выступами неровностей и глубиной их впадин), Однако коэффициент «w У пород первой группы лишь на 6% больше, чем у последней, что указывает на несущественное влияние крепости горных пород на рассматриваемый параметр.
Исследованиями установлено, что коэффициент ftH , учитывающий неровности стенок выработки, существенно зависит от наличия видимых трещин и зон смятия. Эта связь показана графически на рис.3.4.
Из приведенного графика видно, что Кн находится в обратной зависимости от коэффициента трешинообразования Д . Следо вательно при проходке буровых выработок по породам, нарушенных зонами дислокаций, крупными трещинами и т.п., необходимо применять специальные меры для снижения шероховатости их стенок.
На Тырныаузском месторождении проведена съемка поперечного сечения буровых выработок. Анализ показал, что в крепких и весьма крепких горных породах радиус сопряжения стенок выработок колеблется от 0,1 до 1,2 м и составляет в среднем 0,6 м. Тогда при ширине буровых выработок & , равном 3 м, средний угол встречи составляет: для буровых станков НКР-І00М с/ = 66,4, а для БШ-І45М - 62,7.
Угол наклона (поворота) поверхности массива относительно бурового инструмента fo - 90 - о( . Его средняя величина для станков НКР-І00М равна 23,6, а БШ-І45М - 27,3. На основе среднего значения коэффициента Кн находим, что влияние неровности стенок выработок на поворот поверхности забуривания для первого станка составляет 68,Ж, а для второго - 60%.
При исследовании направления и формы устьев пробуренных скважин 0 105 мм в блоке.3 горизонта 2606 м и блоке 5 горизонта 2940 м рудника "Молибден" при помоши угломерного полукруга и направляющей рейки замерены углы встречи бурового снаряда с массивом горных пород. Исследована 51 скважина. При обработке полученной информации установлено, что угол встречи изменяется от 30 до 90 и в среднем по выборке составляет 67,2 {см.ниже табл.4.II). Это лишь на 1,2% больше значения, подсчитанного по (3.3), что указывает на хорошую сходимость теоретической аппроксимации с опытными данными.
При бурении вертикальных скважин, направленных перпендикулярно к почве или кровле выработки, можно принять 0.-%. . Тогда
Таким образом, при забуривании взрывных скважин буровой инструмент контактирует с поверхностью массива под углаш30-90. Его величина зависит от схемы расположения скважин, формы сечения ж неровностей стенок буровых выработок.
Предполоким, что при заложении скважин буровой став устанавливается под углом d к плоскости забуривания (рис.3.5) и на долото приложена осевая нагрузка Р , которая вклшает статические и динамические силы. Эту нагрузку можно разложить на две составляющие, перпендикулярную отенне горной выработки на участке забуривания РА и ей параллельную Р„ . Последняя отклоняет буровой инструмент вдоль поверхности забуривания и ее величинаравна
При движении долота из положения I в положение П (рис.3.6) призабойный участок бурового снаряда и крепежные средства станка деформируются, в результате чего возникает сила реакции которая прижимает долото к поверхности породы. При анализе действия сил на долото при забуривании скважин целесообразно рассмотреть взаимодействие бурового инструмента с породой под статической нагрузной, а затем совместно с динамической.Рассматривая движение долота по поверхности породы под статической нагрузкой Рст (рис.3.5) без вращения инструмента в соответствии с принципом виртуальных перемещений результирующая
Исследование формы, устья взрывных скважин на Тыряыаузском месторождении
С целью оденки соответствия установленных теоретических и экспериментальных закономерностей процессу скважшного бурения в производственных условиях выполнены измерения ширины скоса породы на устье пробуренных скважин, и угла встречи долота с породой. Замеры выполнены на руднике "Молибден" Тырныаузского ЗДК /16,35/. Исследовано 293 скважины» из которых 121 диаметром 105 мм пробурены станком ЖР-ЮОМ (ударно-вращательное бурение) и 164 диаметром 145 и 190 мм станком БШ-145Ы (шарошечное бурение).
Измерения показали» что 211 скважин из общего числа (более72JS) имели видимый скос породы на устье. Шцрина скоса находит ся в пределах 0-50 им и составляет в среднем 12,? мм. Угол встречи ДОЛОТР с породой изменяется от 30 до 90 при среднем значении 67,2.
Полученная информация обработана методами математической статистики. Результат расчета приведены в табл.4.II.
Кан видно из приведенной таблицы, ширша скоса порода на устье у скважин шарошечного способа бурения больше, чем анало-гичшй параметр при ударно-вращательном бурении, что объясняется значительно большей статической нагрузкой на долото при забуривании шарошечными станками.
Анализируя влияние физико-механических свойств массива на рассматрнваееый параметр, можно заметить, что ширина скоса порода при бурении скважин по более крепким породам (скарны) больше, чем при в менее крепких роговиковых породах, что согласуется с данными лабораторяо-стеядовых испытаний.
Таким образом, при внедрении долота в породу скважины отклоняются, что проявляется в образовании скосов порода на устье. При этом наблюдается качественное и количественное соот-ветсгвие установленных закономерностей процессу енванинного бурения в промышленных условиях.I. При забуривании снЕажш под углами от 30 до 90 за счет приложенных статических и ударных нагрузок в результате взаимодействия с массивом буровой инструмент перемещается по криволинейной граектории до положения, при котором угол встречи долота с образующимся скосом породы на уотье становится равным нулю. 2. Экспериментально проверено, что в зоне углов встречи 30-60 под-статической нагрузкой отклонение долоте без вращения инструмента в 3-Ю раз меньше, чем с вращением- В зоне углов 60-90 инструмент без вращения не отклоняется, а при вращении смещается по наклону породы. Отклонение долота под статической нагрузкой не зависит от прочности горных пород. Отмеченные закономерности соответствуют теоретическим выводам.3. Получено качественное соответствие эксперимента и тео- \vрии движения твердого тела, заключающееся в том, что от действия статической и динамической нагрузок и вращательного момента привода стянка в породе образуются углубления под углом 35-50 к наклону породы в виде желобов, которые служат центрами вращения долота, и инструмент переметается как по наклокУ мас- сива, тек и в направлении своего вращения на расстояние, при котором разрушается гребень породы менду образующимися углублениями 4. Экспериментально подтверждена установленная теоретическим анализом нелинейная яависимоеть отклонений долота и откло няющих сил от угла встречи инструмента с поверхностью массива и прочности горных пород и обратная зависимость от жесткости / конструктивных элементов и закрепления станка в выработке, / 5. Степень влияния статической нагрузки на отклонение до- л і і лота в 3-4 раза больше, чем динамической, причем для станков J ]У HKP-I0QM влиянием последней можно пренебречь. Величина откло-\ няющей силы, действующей ня долото, не зависит от жесткости I конструктивных элементов и закрепления станка в выработке, 6. Разработанный на основе выполненных исследований спо соб забуривания скважин инструментом,невращаюшимся при контак те с породой,позволяет снизить отклонения и отклоняющие силы в
