Технологические зависимости и показатели эффективности бурения резанием, страница 5

,  или

                                                  .                                     (3.44)

Из (3.44) следует, что максимум V_p наступает в тот  момент, когда мгновенная механическая скорость бурения, уменьшаясь из-за изнашивания долота, станет равной рейсовой скорости. Считается (в глубоком бурении), что этому моменту будет соответствовать  оптимальное время бурения, при достижении которого целесообразно заменить изношенное долото новым. На карьерах этот принцип замены  долота применим в редких случаях (в очень крепких породах, когда _p << L_скв).

          Общая картина изменения взаимосвязанных величин проходки на долото, механической скорости бурения  и рейсовой скорости в течение времени рейса показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7. График изменения механической скорости V, рейсовой скорости бурения Vр и проходки на долото  при неизменном режиме бурения в однородной породе

          Вставив в общее уравнение рейсовой скорости (3.2) выражение (3.25), получаем важную формулу, отражающую изменение величины V_p вследствие непрерывного  изнашивания бурового долота:

                                                      (3.45)

          Учитывая ранее найденное выражение (3.27) для текущей скорости бурения, условие (3.44) можно записать так:

                           .                            (3.46)

          Решением уравнения (3.46) относительно t, находится оптимальное время пребывания долота на забое:

                                              (3.47)

          Эта формула относится к условию, когда проходка на долото значительно больше глубин взрывных скважин (_p >> L_скв). Для условия _p < L_скв формулы t_опт  определены Е.Д. Карпухиным и другими исследователями. По формуле (3.47) рассчитать t_опт гораздо проще, чем по формуле t_опт = , приведенной в работе [43],  так как коэффициент к₀, характеризующий темп падения скорости проходки во времени, определяется сложно и недостаточно точно.

          Однако, известные формулы, включая (3.47), не дают объективного результата при отказе опор ДЗДШ и ШД, а также при использовании разборных долот с многократным использованием корпуса. В последнем случае известные формулы не позволяют точно учесть возрастающий общий ресурс долота и требуется иной подход к определению t_опт  по критерию минимальных удельных затрат на бурение.

          В то же время формула (3.47) полезна для общего анализа результатов и прогнозирования показателей бурения. В сравнении с классическими ШД режущие долота имеют значительно более высокую начальную скорость, но меньшую стойкость при увеличенных значениях  T_b, поэтому для ДЗДШ значение t_опт отличается от ШД значительно.

          При любом типе долота основное влияние на изменение V_p,  и t_опт оказывают крепость и абразивность горных пород. Закономерности этого влияния исследованы мало.

          В процессе бурения машинисты буровых станков, как правило, не контролируют время нахождения долота на забое, и могут судить о состоянии долота по уровню скорости бурения и проходки на долото.

          Величина проходки на долото при t_опт находится подстановкой формулы(3.47) в уравнение (3.25):

                                                 (3.48)

Выражение (3.48) приводится к более удобному для расчетов виду:

                                                               (3.49)

Конечная скорость бурения (при t = t_опт), учитывая выражение (3.27), составит:

                                 (3.50)        

          Учитывая, что ₀ = V₀ ·t₀, формула (3.50) приводится к более удобному виду:

                                                                         (3.51)

Вставив в выражение (3.43) значение оптимального времени бурения, получим:

                  .            (3.52)

          Из (3.52) следует:

                                         .                                      (3.53)

          Таким образом, установлена единая взаимосвязь между начальной, текущей, средней и конечной скоростью бурения  по условию оптимального пребывания долота на забое вида:

                       .                         (3.54)

            Закономерная связь вида (3.54) при оптимальных условиях  получена, по-видимому, впервые.

          Анализ экспериментальных данных показал, что функции (t) и V(t) для долот типа ДЗДШ и для шарошечных долот дробяще-скалывающего типа, изнашиваемых по вооружению, подчиняются зависимостям, выражаемым формулами (3.25) и (3.27). Это позволяет, как мы увидим далее, ориентировочно определить рациональную границу  использования долот ДЗДШ в функции крепости горных пород  по критерию  буримости (), затем по критерию сменной производительности бурового станка, а также удельным затратам на бурение.

3.2. Производительность бурового станка

Рейсовая скорость бурения по структуре  формулы не отличается от технической скорости бурения, выражающей величину проходки за произвольный промежуток времени с учетом продолжительности механического бурения и вспомогательных машинных операций. Эти показатели, отражающие в основном, скоростные  качества и стойкость вооружения бурового инструмента, недостаточны для оценки эффективности процесса бурения с учетом интегрального ресурса стойкости долота и характеристики бурового станка.

          Для более полного представления о конечных результатах бурового процесса необходимо использовать показатель производительности бурового станка в заданные интервалы времени (смена, месяц, час).

          Наиболее важное значение имеет сменная производительность бурового станка, которая отражает реализацию технической или рейсовой скорости  бурения в пределах регламентированного времени смены и выражается следующими соотношениями:

                                                     (3.55)