Проектирование буровых долот для открытых горных, земляных и строительных работ

.

В. Д. Буткин, А. В. Гилев, С. В. Доронин,

 В. Т. Чесноков, Д. Б. Нехорошев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БУРОВЫХ ДОЛОТ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ, ЗЕМЛЯНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Аннотация

Проектирование буровых долот для открытых горных, земляных и строительных работ / В. Д. Буткин, А.В. Гилев, С. В. Доронин, В. Т. Чесноков – М.: МАКС Пресс, 2005. -    с.

Рассмотрены состояние и вопросы развития и совершенствования средств бурения взрывных скважин, методы повышения долговечности буровых долот, их вторичного конструктивного преобразования и утилизации. Описаны конструктивные и технологические особенности новых видов специализированных буровых инструментов. Изложены основы проектирования бурового инструмента, содержащие как классические, так и новые перспективные подходы к оценке и методам (способам) повышения надежности долот и расчета их прочности; исследование напряженного состояния конструкций и статистическое моделирование параметров бурового инструмента. Освещены руководящие принципы для сравнительной оценки и выбора различных видов долот на основе функциональных и экономических критериев и экономико-математических моделей. Рассмотрены также вопросы рациональных режимов отработки долот, методы оценки их работоспособности и определения области применения в условиях карьеров.

Для инженерно-технических работников и проектировщиков карьеров и предприятий, ведущих открытые горные, земляные и строительные работы с применением буровзрывной технологии. Может быть полезна преподавателям и студентам вузов, осуществляющих обучение по горным, машиностроительным, строительно-дорожным и другим специальностям и направлениям подготовки высшего профессионального образования.   

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

ИЗЫСКАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ СРЕДСТВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

1.1.  Состояние направления развития техники бурения взрывных скважин

1.2.  Состояние и направление создания специализированного бурового инструмента.

Глава 2. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

2.1. Основные положения теории надежности и их применение в работе бурового инструмента

2.2. Материалы, применяемые при изготовлении бурового инструмента

2.3. Основные методы повышения долговечности бурового инструмента

2.3.1. Конструктивные методы

2.3.2. Технологические методы

2.3.3. Эксплуатационные методы

2.4. Методы вторичных конструктивных преобразований и утилизации бурового инструмента

2.4.1. Анализ отечественного и зарубежного опыта восстановления бурового инструмента и направления совершенствования и разработки методов его вторичного конструктивного преобразования

2.4.2. Способ вторичного преобразования долот с конусными шарошками в долота с зубчато-дисковыми шарошками

2.4.3. Способ преобразования конструкций изношенного бурового инструмента в долота режущего действия со стационарными резцами

2.4.4. Вторичное преобразование бурового инструмента для бурения скважин в различных горно-технологических условиях

2.4.5. Утилизация изношенного бурового инструмента

2.4.6. Экспериментально-экономическое обоснование целесообразности вторичных конструктивных преобразований бурового инструмента

Глава 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

3.1. Долото режущего действия с зубчато-дисковыми шарошками переменного диаметра

3.2. Дисковое долото фрезерного типа с регулируемым диаметром

3.3. Дисковое долото фрезерного типа с регулируемой частотой вращения

3.4. Буровое дисковое долото скалывающего-раздавливающего действия

3.5. Буровое долото режуще-скалывающего действия

3.6. Разборное буровое долото шарошечного типа

3.7. Шарошечное долото с опорным устройством разборного типа

3.8. Буровое долото со сменными вертикальными опорами

3.9. Буровое долото со сферическими шарошками

3.10. Буровое долото с зубчато-дисковыми шарошками, устанавливаемыми под различными углами к плоскости забоя

3.12. Рациональные режимные параметры и область применения специализированного бурового инструмента

Глава 4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАСЧЕТОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

4.1. Надежность и безопасность технических систем: расчетные случаи проектирования

4.1.1. Безопасность и надежность технических систем

4.1.2. Современная концепция инженерной безопасности

4.1.3. Организационные принципы обеспечения и повышения безопасности

4.1.4. Технические принципы обеспечения защиты технических систем

4.1.5. Расчетные случаи при проектировании бурового инструмента

4.2. Надежность бурового инструмента: классические представления и новые подходы

4.3. Напряженное состояние, надежность и долговечность бурового инструмента

4.4. Опыт исследования нагруженности и напряженного состояния бурового инструмента

4.5. Расчеты прочности при проектировании бурового инструмента

4.5.1. Аналитические методы механики деформируемого твердого тела

4.5.2. Численные методы анализа напряженно-деформированного состояния

4.5.3. Постановка и конечно-элементные технологии решения современных задач прочностных расчетов бурового инструмента

4.6. Исследование напряженного состояния конструкций бурового инструмента

4.6.1. Напряженное состояние корпуса долота

4.6.2. Напряженное состояние породоразрушающего инструмента

4.6.3. Напряженное состояние зоны контакта инструмента и породы

4.7. Статистическое моделирование параметров бурового инструмента

4.7.1. Краткие сведения о статистическом моделировании

4.7.2. Расчет параметров вращательного бурения шарошечными долотами

Глава 5. ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРОВОГО ДОЛОТА

5.1. Буровое долото, как основной функциональный элемент бурового станка и его значение в технологии бурения

5.2. Систематизация факторов и выбор критериев оценки работоспособности и эффективности бурового долота и станка

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРФИЧЕСКИЙ СПИСОК

. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время совершенствование и создание новых конструкций буровых долот имеет чрезвычайно (исключительно) важное значение для темпов и экономики бурения взрывных скважин, объемы (масштабы) которых на открытых горных, земляных и строительных работах ежегодно составляют несколько миллионов метров с миллиардными затратами денежных средств. Наибольшие объемы буровзрывных работ приходятся на карьеры по добыче металлических руд, угля, химического сырья, минеральных удобрений и строительных материалов. Скважинный метод взрывных работ также используется в энергетическом строительстве, при сооружении практически всех гидравлических, тепловых и атомных электростанций, при строительстве плотин, котлованов ответственных наземных зданий, при проведении каналов, траншей для нефтяных и газовых производств, дорог на участках скальных пород.

В рассматриваемой промышленной области преобладает вращательное бурение трехшарошечными долотами с конусными шарошками, производство которых достаточно хорошо освоено на отчественных долотных заводах. Вместе с тем неоправданно занижено использование буровых долот режущего и комбинированного действия.

В себестоимости горных работ затраты на бурение скважин достигают примерно 30 % на угольных разрезах и 45 – 50 % на рудных карьерах. При этом основные затраты в этом процессе приходятся на буровые долота. Это объясняется высокой стоимостью сложных шарошечных долот (ШД), которые нашли наиболее широкое применение (80 % от всех объемов). При шарошечном бурении пород с коэффициентом крепости по М. М. Протодъяконову f > 8 – 10 буровой станок потребляет за срок его эксплуатации (практически 10 лет и более) шарошечных долот на сумму, превышающую стоимость станка в несколько раз. Особенно велика эта разница (в 5 – 7 раз) при бурении в породах высокой крепости.