Главная
страница 1
УДК

Применение ренновационных технологий для бурового инструмента

Котов К.Н.

Научный руководитель доктор техн. Наук Гилёв А.В.

Сибирский федеральный университет

Буровой комплекс на открытых горных работах представляет собой крупную ресурсоемкую систему, в которой в настоящее время преобладает экстенсивное развитие. За последние годы рост производительности бурового оборудования практически прекратился и происходит значительное непрерывное увеличение затрат на буровые работы.

Буровой инструмент является самым высоконагружаемым и ответственным элементом бурового станка, определяющим способ бурения в соответствии со свойствами буримых пород. Скоростные качества долота, его износостойкость и стоимость формируют главный критерий эффективности буровых работ - удельные затраты на бурение 1 м скважины, высокий уровень которых не соответствует современным требованиям к использованию ресурсов предприятий.

Выпускаемые шарошечные долота (ШД) являются неремонтопригодными, не подлежат восстановлению и 80 % из них преждевременно выходят из строя из-за износа опор и вооружения. Ресурс долот при этом остается невыработанным. Кроме того, ШД имеют на вооружении дорогостоящий металлокерамический твердый сплав (групп ВК, ВК-В, ВК-ВК и др.) и до настоящего времени нет эффективной технологии его извлечения из отработанных шарошечных долот.

Отсутствует технология централизованной переработки и реставрации шарошечных долот, в связи, с чем остро стоит вопрос разработки методов вторичных конструктивных преобразований БИ и технологии его утилизации.

Состояние и актуальность создания реновационных технологий при эксплуатации шарошечных долот.

В настоящее время существует множество конструктивных решений по созданию различных видов буровой техники . Основное применение на открытых горных работах нашли станки вращательного бурения шарошечными долотами (СБШ), шнекового бурения режущими долотами (СБР), реже ударно-вращательного с погружными пневмоударниками (СБУ), термического и термобурами (СБО) и комбинированного типа (СБТМ, СБШК, БТС и др.).

При существующем состоянии техники и технологии увеличение производительности процесса бурения и снижение его себестоимости возможно, в основном, за счет создания буровых инструментов с высокими показателями надежности, достигаемыми с помощью новых конструкций, расширения границ рационального использования бурения резанием, применения новых износостойких материалов, а также разработки способов ремонта, восстановления и модернизации.

В настоящее время на разрезах и карьерах применяется в основном вращательное бурение шарошечными и режущими долотами, благодаря совершенствованию технологии взрывных работ, причём увеличиваются масштабы бурения резанием. До 83 % объёма бурения осуществляется шарошечным буровым инструментом.

На карьерах железорудных месторождений и цветных металлов, представленных в основном крепкими породами, шарошечный способ занимает 95 - 100 %, на угольных разрезах около 50 %, на карьерах по добыче нерудных полезных ископаемых (горно-химическое, и горно-металлургическое сырьё, строительные горные породы и др.) около 60 %. Способ бурения резанием на угольных разрезах занимает до 50 % , а на карьерах нерудного сырья - 20 %.

Ударно-вращательный способ бурения станками СБУ, в значительных объемах до 30 % сохраняется на малых карьерах строительных материалов при проходке скважин диаметром 105-160 мм в породах высокой крепости при повышенных требованиях и кусковатости взорванной горной массы. На этих карьерах будет расширяться бурение резанием в слабых породах, а так же в перспективе режуще-ударный способ при проходке скважин в перемежающихся по крепости горных породах.

По горно-геологическим и экономическим условиям ведения горных работ наблюдается четкая тенденция к увеличению диаметра взрывных скважин, объясняемая стремлением использовать на карьерах простые гранулированные и комбинированные (смесь эмульсионных и гранулированных) ВВ, как наиболее дешевые и позволяющие полностью механизировать процесс как их приготовления, так и заряжания ими скважин.

Необходимый уровень работоспособности зарядов таких ВВ (скорость детонации, удельная концентрация энергии и др.) достигается увеличением диаметра скважин.

Расход шарошечных долот на указанный выше объём бурения составит 80-100 тыс. шт. с годовыми затратами на них более 2,3 млрд. руб. При этом будет преобладать использование долот диаметром 244,5 мм/, в меньшей I степени - диаметром 269,9, 320 и 190-215,9 мм (уголь).

Затраты на буровые работы составляют*-15-30 % (угольные разрезы) до 45-50 % (рудные карьеры) от затрат на горные работы.


Анализ состояния и опыт использования шарошечных долот при бурении скважин на карьерах.

Применяемый в настоящее время отечественный и зарубежный шарошечный буровой инструмент является неразборным . Он состоит из секций, соединенных между собой сварным швом . Каждая секция состоит из лапы , на цапфе, которой смонтирована шарошка , свободно вращающаяся на подшипниках качения. Основная схема набора подшипников Р-Ш-Р: большой роликовый подшипник , шариковый ряд- замок , малый роликовый подшипник . Шарики замкового подшипника закладываются при сборке через отверстия в цапфе , которое заваривается. Соединённые сваркой секции долота образуют корпус, его верхняя часть заканчивается резьбовым конусным ниппелем , с помощью которого долото присоединяют к штанге бурового става.

В связи с большим отличием горных пород и руд по механическим и абразивным свойствам, изготавливается большой набор типов шарошечных долот, отличающихся по: диаметру; виду породоразрушающего вооружения;

опорам; продувочным устройствам и другим элементам бурового става.



Технологические и конструктивные особенности специализированного бурового инструмента.

Конструктивные решения буровых инструментов определяю способы и режимы бурения скважин, которые во многом обуславливают экономику буровых работ. Как было отмечено выше, одним из основных критериев оценки эффективности работы буровых долот является их стойкость (долговечность), повышение которой приводит к многократному увеличению их стоимости и удорожанию удельных затрат, приходящихся на 1 м буровой скважины. Такой подход к бурению неглубоких (по сравнению с нефтяными, газовыми и горно-разведочными) скважин на открытых горных, земляных и строительныx работах является неоправданным.

Поэтому конструкции буровых инструментов должны обеспечивать: одинаковый ресурс узлов и деталей; разборность, при которой достигается высокий уровень ремонтопригодности детали и взаимозаменяемости породоразрушающих элементов, снабженных вооружением, соответствующим специфике бурения; применение в сложных горно-геологических условиях, характеризующихся широким нилпазоном изменения физико-механических свойств горных пород; осуществление их конструктивных преобразований, расширяющих технические и технологические возможности долот.

Специфические условия бурения неглубоких скважин определяют необходимость создания типоразмерного ряда новых видов специализированных буровых инструментов, обладающих качественно иными технологическими свойствами, удовлетворяющими потребительские требования к технологическому процессу ведения буровых работ.


Утилизация изношенного бурового инструмента

Применяемые для изготовления бурового инструмента материалы весьма дорогостоящие, поэтому возникает необходимость переработки изношенных буровых долот с целью повторного использования высококачественных сталей и отходов металлокерамического твердого сплава, из которого изготавливают зубки и армируют ими вооружение шарошек.

Эта задача усложняется тем, что предварительно нужно извлекать твердый сплав из отработанных породоразрушающих элементов бурового инструмента, в том числе после его реставрации по указанным технологиям .

Для извлечения твердосплавных зубьев требуется высокоэффективная технология и совершенная техника, разработке которых посвящен ряд исследований, выполненных коллективом кафедры «Горные машины и комплексы» ГУЦМиЗа .

Существующие способы извлечения твердого сплава из бурового инструмента можно разделить на четыре группы: механические, термомеханические, химические и взрывоимпульсные.

Механические способы характеризуются воздействием на породоразрушающие элементы усилий, обеспечивающих отделение твердосплавных зубков за счет разрушения этих элементов. Например, для этого применяют обтачивание шарошек, их разрезание или разрушение с помощью клина. После реализации данных способов породоразрушающие элементы к дальнейшей эксплуатации не пригодны.

Термомеханические способы характеризуются температурным воздействием на породоразрушающий инструмент с одновременным или последующим приложением к нему механических усилий, обеспечивающих отделение твердосплавных зубков. При реализации этих способов отсутствие регулирования температуры нагрева наружной поверхности породоразрушающего элемента приводит к его оплавлению, что также делает невозможным его дальнейшее применение.

Химические способы основаны на взаимодействии поверхности породоразрушающего элемента с кислотой, которая, вступая в реакцию с металлом, разрушает эту поверхность, способствуя отделению твердосплавных зубков.

Взрывоимпульсные способы характеризуются воздействием на внутреннюю полость шарошки, заполненную жидкостью, ударных

импульсов, образующихся в этой жидкости от действия взрывчатого вещества, в результате чего твердосплавные зубки отделяются от тела шарошки. Реализация этих способов позволяет сохранять целостность породоразрушающих элементов, однако требует высоких мер безопасности и сложного технического обеспечения. Следует отметить, что известные нам способы извлечения твердосплавных зубков применимы только при утилизации долот с конусными шарошками и не предусматривают их реализацию при переработке других видов бурового инструмента (шарошечных расширителей, долот с фрезерным породоразрушающим инструментом, зучатодисковыми шарошками и др.).



Основной задачей процесса извлечения твердосплавных зубкон из отработанного бурового инструмента является снятие прессовых напряжений в соединении зубок — породоразрушающий элемент.


Смотрите также:
Удк применение ренновационных технологий для бурового инструмента
70.3kb.
1 стр.
Геолого-техническое
185.62kb.
1 стр.
Геолого-техническое
174.41kb.
1 стр.
В справочнике изложены описание и технические характеристики применяемого бурового оборудования, инструмента, материалов для строительства скважин различного назначения
205.44kb.
1 стр.
Образовательного маршрута учителя русского языка и литературы кротовой анастасии сергеевны
211.83kb.
1 стр.
Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Магистранта кафедры менеджмента
332.17kb.
1 стр.
Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент
752kb.
5 стр.
Программа межрегионального совещания «Применение энергоэффективных технологий при строительстве малоэтажных домов эконом класса – как одно из перспективных направлений в сфере реформирования жкх»
28.82kb.
1 стр.
Предназначены для крепления инструмента при выполнении технологических переходов сверления, зенкерования, развертывания, снятия фаски, нарезание резьб в одной операции, используя возможность быстрой смены инструмента
148.16kb.
1 стр.
Реализация игровых технологий на уроках информатики
72.85kb.
1 стр.
Применение инновационных технологий для повышения экономической эффективности теплоэнергетической отрасли красноярского края
61.68kb.
1 стр.
Выпускная работа по «Основам информационных технологий»
267.8kb.
1 стр.