CC BY
37
© А.К. Арно, А.В. Агарков, 2003
УДК 622.233
А.К. Арно, А.В. Агарков
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ ВОССТАЮЩИХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
последние годы в связи с наметившимся направлением на создание средств и способов безлюдной выемки угля, а также с переходом на разработку глубоко лежашдх пластов потребность в бурении скважин по углю возросла еще больше.
Если бурение коротких скважин не представляет затруднений, то при бурении на длину свыше 60-80 м возникают осложнения, вызванные рядом причин геологического, технологического и технического характера. Пробурить скважину на высоту этажа (120-150 м) еще сложнее.
Значительное искривление буримых скважин в плоскости пласта, разрушение стенок скважины, уход исполнительного органа в боковые породы, заштыбовка и обрыв бурового инструмента приводят к тому, что пригодную к эксплуатации скважину удается пробурить только после нескольких попыток. Разрушение бурового става часто сопровождается травмами обслуживающего персонала, вызывает простои и ремонт бурового оборудования, сдерживает темпы профилактических и подготовительных работ.
Успешное бурение скважин большой длины возможно только при использовании более совершенного и надежного оборудования. Для создания надежного и долговечного бурового оборудования требуется всестороннее изучение процессов разрушения угля в забое скважины и явлений, возникающих при работе бурового става и исполнительного органа. Проектирование буровых машин и инструмента должно осуществляться на основе глубокого анализа нагруженности деталей приводов вращения и подачи бурового инструмента.
Проведенный обзор материалов по вопросам бурения скважин и изучению явлений, сопровождающих работу исполнительного органа и бурового става, позволяет сделать вывод только о многообразии факторов, влияющих на условия работы бурового инструмента, о значительном влиянии состояния стенок скважин, а также непрерывности подачи про-мывочной жидкости в скважину при бурении по пластам пологого и наклонного падения на искривление скважин, долговечность бурового инструмента, о влиянии устойчивости бурового става в скважине на его работоспособность и срок службы, искривление скважин и надежность процесса бурения.
На основе результатов анализа опыта бурения вос-
В стающих выработок на шахтах Печорского угольного бассейна сформулированы выводы и предложения по решению поставленных задач, а именно:
1. Одна из основных причин преждевременного прекращения процесса бурения - разрушение бурового ста-
ва, являющегося главным элементом трансмиссии к исполнительному органу.
2. Аналитические исследования процессов и явлений, возникающих в забое скважины и в буровом ставе, показали, что в процессе работы буровые ставы буровых машин теряют устойчивость, в них возбуждаются крутильные, продольные и изгибные колебания.
3. Получены экспериментальные зависимости средних величин и динамических составляющих крутящего момента и осевого усилия от скорости вращения и подачи бурового инструмента, жесткости става и конструкции исполнительного органа, анализ которых показал, что:
а) законы движения системы и нагрузки в ней определяются наряду с силами сопротивления такими параметрами системы, как величины и распределение жесткостей и масс узлов и отдельных деталей, средние скорости их движения;
б) фактические нагрузки в механической системе буровых машин больше результирующих нагрузок на исполнительном органе, принимаемых в качестве расчетных по существующей методике, из-за динамических составляющих, причиной возникновения которых является неравномерность движения системы.
4. Основными путями повышения прочности и долговечности трансмиссий к исполнительным органам вращательно-штанговых буровых машин, а также надежности процесса бурения длинных внутрипластовых скважин являются:
а) уменьшение скорости вращения бурового става в зависимости от величины его изгибной жесткости и зазора между ставом и стенками скважины;
б) применение редукторных буровых снарядов позволяет уменьшить скорость вращения бурового става и снизить динамику;
в) использование буровых станков с непрерывной подачей промывочной жидкости в скважину при бурении по пластам пологого и наклонного падения с целью исключения заштыбовки и последующего разрушения бурового инструмента, принципиальная схема которого разработана и испытана.
Выполненная работа является одним из первых шагов в исследованиях динамических процессов и явлений, возникающих на забое скважины и в трансмиссиях вращательно-штанговых буровых машин, способствует дальнейшему расширению представлений о процессе разрушения угля буровым инструментом вращательноштангового типа, об условиях работы и поведении исполнительного органа, бурового става и остальных элементов трансмиссии буровой машины; позволяет наметить пути совершенствования буровых машин и инструмента. Решение этих проблем приведет к повышению надежности процесса бурения длинных внутрипластовых скважин.
При проведении дальнейших исследований необходимо уточнить влияние форм механической характеристики приводного двигателя на процесс формирования
крутящего момента и осевого усилия в трансмиссиях методику расчета всей буровой динамической системы с
вращательно-штанговых буровых машин, разработать учетом величин и характера действующих нагрузок.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------------------------------
Арно Александр Карлович - кандидат технических наук, доцент кафедры горной электромеханики Воркутинского горного института СПГГИ (ТУ).
Агарков Александр Владимирович - кандидат технических наук, начальник экспедиции «Печоруглеразведка» GAG «Воркутауголь».
