На масштаб различных видов разрушения породы влияют в основном контактная прочность породы, тип бурого инструмента и время контакта породоразрушающих элементов долота с забоем, определяемое угловой скоростью вращения долота. В зависимости от сочетания этих факторов в наблюдаемой области бурения отдельные зоны (I - IV) могут вырождаться или наоборот, преобладать (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Вид функции V(Р) в зависимости от коэффициента крепости породы, типа долота и технологических возможностей буровых станков и инструментов: 1 – слабые породы (f = 1- 2), режущее долото; 2 – породы средней крепости (f = 4 - 7), долото с зубчато-дисковыми шарошками; 3 – крепкие породы (f = 8 - 10), шарошечное долото; 4 – породы крепостью f > 10 – 12, шарошечное долото; 5 – очень крепкие породы (f = 16 - 20), шарошечное долото; Рп , Vп – соответственно предельные осевые нагрузки и скорости подачи буровых станков; А, Б – соответственно условные начальные и конечные границы объемного расширения породы
В слабых породах (f = 1 - 2) при остром режущем инструменте зоны I и II пренебрежимо малы (кривая 1, рис. 4.5), преобладает объемное разрушение, и в области технологических возможностей бурового станка процесс разрушения породы описывается прямой линией. В породах средней крепости (f = 4 - 7) при использовании долот с зубчато-дисковыми шарошками (кривая 2) может быть обширней зона IV вследствие особенностей вооружения этого вида долота. В крепких породах (f = 8 - 10) при шарошечном бурении (кривая 3) наблюдаются все виды разрушения породы, тогда как в более крепких породах (f > 12) может происходить в основном усталостное разрушение (кривая 4). В очень крепких породах (f = 15 - 20) функция V(Р) в зоне наблюдения линейна (кривая 5), как и в случае слабых пород (кривая 1), но процесс разрушения имеет поверхностный характер, так как величины осевой нагрузки и прочности инструмента недостаточны для создания критических напряжений в породе.
Таким образом, существующие
многочленные формулы, выражающие формулы V(Р, ω) и 
, имеют вполне
определенные области применения, в том числе и формула (4.3), которая может
стать базовой для разнообразных условий бурения взрывных скважин в более общем
виде
(4.8)
где 
-
параметр, учитывающий конкретные условия бурения и технические возможности
буровых станков и инструментов.
Для практических расчетов на карьерах вид и параметры формул необходимо уточнять по данным промышленного бурения с использованием статистических методов анализа. Так, применительно к трехлучевым корпусным режущим долотам модели ДР-214 по данным промышленного бурения выявлена приближенная зависимость
(4.9)
где V – скорость бурения, м/ч; ω – скорость вращения долота, мин-1; Р – осевая нагрузка на долото, кН; К1 и К2 – коэффициенты, зависящие от типа долота и его диаметра (для долота ДР-214В К1 = 0,9 и К2 = 12).
Для установления оптимальных режимов бурения используют экономико-математическую модель (ЭММ), отражающую количественную связь между экономическими, конструктивными и технологическими параметрами системы “забой скважины – долото – буровой станок”. Подобная методика построения ЭММ и определения режимов вращательного бурения дана в работах [1 и 33]. Наиболее представительным критерием оптимальности режима бурения являются удельные затраты на бурение S (руб/м). В этом случае для долота заданного типоразмера наиболее простое выражение S-критерия может быть представлено в виде
(4.10)
где А – затраты на работу станка в
течение машино-смены (без затрат на буровой инструмент), руб; П – сменная
производительность бурового станка, м/смену; Сd – стоимость долота, руб; 
-
стойкость долота, м; V –
механическая скорость бурения, м/ч; Т – время смены, мин; η – коэффициент
эффективного использования станка в течение смены, η = 0,7 – 0,85; tв – затраты времени на вспомогательные машинные
операции, мин/м.
Модель (4.10) позволяет однозначно определить оптимальное сочетание осевой нагрузки Р0 и скорости вращения долота ω.
Многолетняя практика показывает, что возможен более простой подход к установлению рационального режима бурения режущим долотом на станках типа СБШ с эффективной очисткой скважин: изменять осевую нагрузку на РД в широком диапазоне в соответствии с вариацией крепости пород и оптимизировать процесс по этому параметру, а скорость вращения долота ω поддерживать на уровне 100 – 120 мин-1, при котором редко возникают вибрации, отсутствует форсированный износ долота и может достигаться высокая производительность.
Применительно к долоту РД-214В рекомендуемый режим (для примера) можно установить в общем виде следующим образом.
На основании (4.2) и (4.7) имеем
(4.11)
Подставляя (4.9) в (4.11), получим
. (4.12)
С учетом (4.12) и (4.9) целевая функция (4.10) приобретает вид:
(4.13)
Дифференцируя (4.13) по Р, приравнивая производную dS/dP нулю, после преобразований получим неполное кубическое уравнение , положительный корень которого (опуская обширные математические выкладки) дает выражение оптимальной осевой нагрузки
(4.14)
где Ки – коэффициент, интегрально оценивающий комплекс постоянных технико-экономических параметров и особенности бурового станка и долота.
Выше было показано (рис. 4.4), что оптимальная осевая нагрузка на долото режущего типа находится в пределах
Рс ≤ Р0 ≤Рэ, (4.15)
Где Рэ – нагрузка, соответствующая области минимальных значений удельной энергоемкости разрушения горной породы. Для лезвийных долот типа ДР рациональные нагрузки, кН, можно определить по формулам:
(4.16)
, (4.17)
где f – коэффициент крепости породы; d – диаметр долота, м; Fу – максимальная площадка притупления резцов долота, приходящаяся на 1 см длины лезвия (обычно Fу = 1,2 мм2 / см); mл – число лезвий долота (обычно двух - трехлезвийные); mр – коэффициент, учитывающий влияние рассечки и расстояние между резцами на длину режущей кромки долота (mр = 0,8 – 0,85).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.