Технологические зависимости и показатели эффективности бурения резанием, страница 9

          В условиях карьеров, в отличие от глубокого бурения, используют мобильные буровые станки и, как уже отмечалось, имеют место иные структуры циклов и закономерности изменения затрат времени на вспомогательные операции; время на замену долота незначительное; влияние фактора глубины бурения на проходку практически отсутствует. Кроме того, на карьерах учитывают не рейсовую скорость проходки, а сменную производительность мобильного бурового станка. В связи с этими особенностями в качестве исходных в большинстве случаев принимают простые приближенные уравнения:

                                                                         (3.86)

                                                         (3.87)

где S – стоимость (удельные затраты) бурения  1м скважины, руб/м; А – стоимость эксплуатации бурового станка в течение машиносмены без затрат на буровой инструмент, руб; П_с – сменная производительность бурового станка, м; С_Д – стоимость долота, руб;  – стойкость долота, м; Т_с – продолжительность смены, мин; V_ср – средняя скорость бурения, м/мин; t_в – удельные затраты времени на вспомогательные машинные операции при бурении, мин/м;   - коэффициент эффективности использования станка в течение смены.

          Подстановка  выражения (3.87) в (3.86) дает широко используемую приближенную формулу удельных затрат на бурение взрывных скважин:

                                                                    (3.88)

          Параметры  и  в какой-то мере могут отражать уровень надежности бурового станка и долота, а параметр t_в – уровень совершенства буровой машины.

          Для описания функций (t) и V(t), входящих в формулу (3.80), целесообразно использовать уравнения смещенных гипербол, параметры которых (как было показано выше) достаточно просто определяются по опытным данным, получаемым в производственных условиях карьера.  При этом учитывается, что опытные кривые, получаемые при разрушении горных пород, по физическому смыслу должны иметь асимтоты. Поэтому метод смещенных гипербол, предложенный профессором М.М. Протодьяконовым (младшим) для описания функций (t) и V(t), является наиболее приемлемым.

          Преобразовав формулу (3.88) с учетом выражений (3.25), (3.45), (3.56) и (3.73), получим экономико-математическую модель S – критерия (удельных затрат на проходку) в функции времени бурения с учетом процесса изнашивания вооружения долота.

                         .               (3.89)

          Приравнивая первую производную (3.89) во времени к нулю (), определим оптимальное время работы долота на забое из условия минимальной стоимости 1м проходки:

                    .                      (3.90)

Так как приближенно , то выражение (3.90) можно представить в виде:

                        .                (3.91)

          Оптимальное время работы долота зависит от уровня надежности станка (), организации работ  (), соотношения стоимости долота и стоимости эксплуатационных затрат (С_Д/А), затрат времени на вспомогательные операции (t_в), а также от соотношения скоростных и стойкостных качеств долота  (t₀ = /V₀).

Оптимальная проходка на долото составит:

                                                                              (3.92)

а конечная скорость бурения:

                               .                                    (3.93)

При использовании самозатачивающихся долот или шарошечных типа ОК и ряда других в некрепких породах средняя скорость бурения в рейсе близка к постоянной  и функция S(t) не имеет экстремума, асимтотически стремясь к некоторому пределу.

3.4. Аппроксимация результатов опытного бурения промышленных скважин шарошечными долотами режущего действия (ДЗДШ)

Основываясь на изложенных теоретических и методических положениях, рассмотрим экспериментальные данные по бурению скважин долотами ДЗДШ диаметром 244,5 мм в условиях Черногорского угольного разреза ООО “Черногорская угольная компания” и Мазульского известнякового рудника ОАО “Ачинский глиноземный комбинат”.

3.4.1. Бурение наклонных (75 ⁰ к горизонту) скважин глубиной 38 – 39 м на Черногорском угольном разрезе

 Использовался буровой станок СБШ-250/270-60(РД-10), имеющий ход непрерывной подачи става 12 м  с помощью двух электролебедок с канатно-полиспастной системой. Максимальное усилие подачи 350 кН; верхний предел частоты вращения долота 120 об/мин; наибольшая скорость подачи бурового става 1,5 м/мин. Первая штанга проходит 11,5 м, остальные – по 12,5 м (забурник имеет длину 2,5 м).

Участок бурения представлен сложной структурой горных пород с изменением коэффициента крепости в широком диапазоне от 3 до 12, преимущественно 6 – 10, с достаточно высокой абразивностью. Литологическая колонка участка бурения представлена на рис. 3.9.

          Распределение пород по коэффициенту крепости в течение рейса долот ДЗДШ-244,5-4 и ДЗДШ-244,5-3 (соответственно с четырьмя и тремя зубчато-дисковыми шарошками) ()  подвергнуто статистическому анализу. Распределения численности и частоты прохождения пород различной крепости в целом на Черногорском разрезе и  на буримом участке показаны в виде гистограммы на рис. 3.10, а некоторые характеристики распределения f даны в табл. 3.1.

Взвешенная среднеквадратическая величина коэффициента крепости породы на участке, пробуренном долотами ДЗДШ ( = 80 м), рассчитывалась по формуле

,

где f_i – встреченные при бурении варианты крепости породы; m_i – численности (веса вариантов – мощность породных прослойков).