Введение к работе
Актуальность работы.Основной объем бурения сквакив на карьерах угольной промышленности, черной и цветной металлургии, а также при добыче горно-химического сырья и стройматериалов производится шарошечными станками. Внедрение иг в 1960-1970 гг. позволило поднять производительность бурения в 1,5-2 раза,однако к настоящему времени резервы повышения скорости бурения оказались практически исчерпанными. Вместе о тем о увеличением глубины добычи полезных ископаемых и ростом объема бурения в скальных породах повышаются требования к надежности бурового оборудования и особенно забойного инструмента, стойкость которого при бурении в крепких породах резко падает. Достаточно указать, что затраты на забойный инструмент за период эксплуатации шарошечного станка (7-8 лет) в 2-5 раз превышает стоимость последнего. Внедрение термического способа бурения, лишенного этого недостатка, показало, однако, что область его применения ограничена узким классом термобуримых пород (кварциты, граниты).
С целью повышения эффективности буровых работ признано необходимым в ближайииа годы провести работы по созданию новых авструментовТ обеспечивающих в несколько раз увеличение их стойкости в скорости бурения при существенной 8КОН0МИИ дефицитного твердого сплава. В связи о этим многими организациями проводятся исследования, направленные как на дальнейшее совершенствование мзгаяических породоразрушахщих инструментов, так и на разработку ковых, основанных на Применении нетрадиционных комбинированных способов разрушения, при которых воздействие на породы производится совместно каким-либо физическим полем, о целью их ослабле-йзя.з механическим инструментом, завершавдим разрушение породы.
Одниа из перспективных комбинированных споообов разрушения пород пря бурения является способ а применением сильных электро-иагивтЕЫХ полей СВЧ я резцового инструмента.
Результаты исследований показывают, что внедрение СВЧ эта способа бурения скважин на карьерах при добыче полезных ископаемых а строительных материалов позволит резко повысить эффективность буровых работ.
Применение электромагнитных полей СВЧ для разрушения пород при бурении дает такие преимущества, как возможность направленно вводить анергию вглубь пород,совмещать без применения изоляторов механические породоразрушаицие средства о излучающими антеннами, передавать электромагнитную анергию к забою непосредственно по бурильным трубам и др.Вместе о тем одной ив важнейших эадач при применении электромагнитных полей СВЧ для разрушения пород является устранение больших потерь энергии ва отражение от разрушаемых пород, достигающих в некоторых случаях 80%, ЧТО РЄ8К0 ОНВ-жает эффективность электрического воздействия.
Исследования комбинированных влектротермомеханических способов разрушения пород с применением влектроыагнитных полей СВЧ проводятся как у иао в стране (ИГД им.А.А.Скочинского.ИГШ У АН, ВИТТ.СПГИ.СО РАН), так а ва рубежом (США).
Целью работы является разработка высоко эффективного СВЧ ЭТУ бурового органа установление рациональных параметров режима разрушения горных пород при бурении взрывных скважин.
Идея работы заключается в повышен» эффективности процесса бурения путем разупрочнения горных пород сильным электромагнитным полем,создаваемым за счет применения импульсного воздействия максимальной передача энергии СВЧ в породный массив в режиме резонанса электромагнитных волв о использованием в качестве излучателя проходного объемного резонатора.
Метод исследований включал;
анализ обобщение результатов равее выполненных работ по электрофизическому в электротермомвхавяческому способам разрушения горных пород;
создание макета СВЧ ЭТИ бурового органа и стенда для проведеная исследований;
исследования способов передачи электромагнитной ввергав СВЧ в горные породы о применением проходного объемного резонатора;
исследования режимов воздействия электромагнитным полем ва породы процессе электротермомеханического бурения;
анализ ш обработка результатов исследований.
Научные положения, разработанные автором и новизна работа:
предложен и разработав способ передача ввергав СВЧ в породы в режиме резонанса электромагнитных волн, обеспечивающий одновременно максимальную передачу энергва в увеличение в кратное число раз напряженности электромагнитного поля, что повывает эффективность его воздействия на породы;
установлены рациональные электрические характеристики резонатора бурового органа, как излучателя электромагнитных волн;
предложен и исследован режим импульсного воздействия на породы электромагнитным полем СВЧ, обеспечивающий за счет применения больших мощностей в импульсе наиболее эффективное разупрочнение пород путем непосредственного действия поля (взаимодействие поля о трещинами и дислокациями, электрострикция и др.),резкой смены температуры забоя за время дейотвия импульса (термов ударов) и разрушения породы по каналам теплового пробоя;
установлена зависимость мощности СВЧ,необходимой для разру-
пения пород, от их электрических, механических и тепловых
свойств; __
"определены параметры режима бурения скважин СВЧ ЭТМ спооо-бом.
Практическое значение работы:
разработан способ передачи энергии СВЧ в горные породы в режиме резонанса электромагнитных волн и устройство для его осуществления в виде настраиваемого проходного объемного резонатора;
определен режим рационального воздействия электромагнитным полем на породы при бурении;
установлена зависимость мощности СВЧ,необходимой для разрушения пород, от их электрических, тепловых и механических свойств;
определены параметры режима бурения СВЧ ЭТМ опособом в зависимости от уровня подводимой к породам мощности СВЧ;
разработаны конструкции СВЧ ЭТМ бурового органа и СВЧ узлов
нврэдащего тракта.
Реализация работы. Разработаны исходные требования для'ТЗ на средства для СВЧ-мэханического бурения скваотн,исходя из которых разргзботаи и «готовлен экспериментальный СВЧ ЭТМ буровой орган о привязкой к станку 2СШ-200,соотавлево ТЗ на разработку экопе-ршгоптальаого образна бурового отанка, основанного на СВЧ-элект-рокагплтпоа а. механической воздействии.
Апробация работа. Основные полоаенпя работы докладавалиоь на 2-8 Всесовзной научт>-техйичэской конференции "Термомехани-чвсжзэ изтоди разрувенля горных пород*(Днепропетровск, 1972); ВоесоюзвоЭ научной конфэрзншга вузов о участием НИИ "Физика горных пород а процессов" (Москва,. 1974); Воэсовзной научной'конференции вузов СССР о учаотпем НИИ "Когаиексныэ исследования физических свойств горных пород" (Москва, 1977); 2-й научно-техни,-ческой конференции "Применение СВЧ-энергетикя в народном хо-
вяйстве для исследовательских целей в интенсификации.технологических процессов" (Саратов, 1977); 7-й и 8-й Всесоюзных научных конференциях вузов СССР о участием НИИ "Комплексные исследования физических свойств горних пород и процессов" (Москва, 1981, 1984); 4-й Всесоюзной научно-технической конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин" (Уфа, 1986); Семинаре "Новое в теории,технологии и технике бурения" (ИГД им.А.А.Скочинокого, 1990).
Публикации. По результатам работы опубликовано 15 отатей в получено 8 авторских свидетельств на изобретения.
Объем работы.Работа состоит ня введения, 6 глав, основных выводов и наложена на 246 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок, список использованной литературы йэ 84 наименований в 2 приложения.