РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ КРУПНОЗЕРНИСТОГО ГРАНИТА УДАРНО-ПОВОРОТНЫМ СПОСОБОМ

Шадрина А.В.

Кандидат технических наук,

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ КРУПНОЗЕРНИСТОГО ГРАНИТА  УДАРНО-ПОВОРОТНЫМ СПОСОБОМ

Аннотация

В статье приведены результаты исследования фракционного состава крупнозернистого гранита, полученного в результате ударно-поворотного бурения в лабораторных условиях.

Ключевые слова: ударно-поворотный способ бурения, продукты разрушения гранита, ситовый анализ, фракционный состав, экспериментальные зависимости.

Shadrina A.V.

Candidate of Technical Science,

National Research Tomsk Polytechnic University

THE RESULTS OF PARTICLE-SIZE DISTRIBUTION IN GRANITE-CUTTING SLUDGE RESEARCH AT PERCUSSIVE DRILLING

Abstract

The paper presents experimental studies of coarse-grained granite failure provided by percussive drilling in laboratory setting. The particle-size distribution in granite-cutting sludge was analyzed in this paper.

Keywords:  percussive drilling,  granite-cutting sludge, particle analysis, particle-size distribution,  empirical relations.

Исследования фракционного состава продуктов разрушения гранита дополняют исследования, связанные с оценкой энергоемкости разрушения горной породы и имеют цель показать изменение крупности бурового шлама от изменения параметров ударной системы и формы буровой коронки. Экспериментальное исследование представлено результатами  многофакторного анализа характера разрушения горной породы (объема разрушения, углубки скважины за удар, энергоемкости разрушения, изменения процентного содержания частиц горной порода) от параметров ударно-поворотной системы  при бурении [1]. Нужно отметить, что подобных исследований очень мало [2, 3], а полученные нами результаты позволили уточнить закономерности разрушения, в частности,  установить разный характер влияния увеличения длины ударника на энергоемкость разрушения лезвийного и штыревого породоразрушающего инструмента (ПРИ).

ПРИ представлен  типовыми буровыми коронками диаметром 43 мм: штыревая, крестовая и долотчатая. Для сопоставления удельных энергий удара буровых коронок для штыревой коронки за длину лезвия была принята суммарная величина диаметров штырей буровой коронки.

В ходе эксперимента оценивалось влияние формы коронки, предударной скорости бойка, его линейных размеров и массы, а также угла поворота инструмента после удара на величину объёма разрушенной породы, углубку лунки за удар и удельной энергоёмкости разрушения.

Энергия единичного удара изменялась в диапазоне 31-207 Дж. Цилиндрические бойки, закрепленные на копре имели разные геометрические параметры и массу [4]. Бойки 2 и 3, имели равную массу и позволяли формировать волны деформации равной энергии при соответствующих предударных скоростях бойка.

Были проведены 72 серии стендовых испытаний, в общей сложности 862 удара.

Согласно известной точке зрения Иванова К.И. [2], наиболее длинный боек обеспечивает бóльшую длительность действия импульса силы, а энергоемкость разрушения горной породы коротким ударником больше, чем длинным. Однако для долотчатой и крестовой коронок в нашем эксперименте наблюдалась обратная зависимость: при более длинном бойке (700 мм, диаметр 35 мм, масса 5,48 кг) энергоемкость разрушения больше.

Объем разрушенного при заданных условиях гранита просеивался через набор стандартных лабораторных сит с отверстиями следующих размеров: 0,25; 0,5; 1,0; 2,0 мм.

Результаты фракционного состава гранита были сведены в таблицы (таб. 1-3), по которым построены графики зависимости фракционного состава от диаметра выбуренных частиц для различных условий эксперимента.

Все указанные зависимости имеют выраженный гиперболический характер и стабильное процентное содержание выбуренных частиц определённого диаметра (рис. 1): 0,25-мм фракция – 40–60 %; 0,5- и 1,0-мм фракции – 10–20 %; 2,0-мм фракции – 5–13 %; фракция частиц диаметром >2 мм – 2–14 %.

При этом следует отметить, что при малой энергии удара 31,25 Дж (рис. 1, а) крестовая коронка даёт лучший результат: меньшее содержание частиц самой мелкой фракции и, соответственно, большее количество крупной фракции.

С повышением энергии удара, которая изменялась в эксперименте от 31,25 до 207,35 Дж очевидно преимущество буровой коронки штыревого типа (рис. 1, б), которая практически во всех случаях обеспечивала большую крупность обломков разрушенной горной породы и имела особенности результатов при разных предударных скоростях бойка. Так, при предударной скорости бойка 5 м/с для всех цилиндрических бойков содержание частиц диаметром более двух миллиметров составляет около 10 %, а содержание 0,25-миллиметровой фракции не превышает 49 %.

Таблица 1 – Результаты разрушения крупнозернистого гранита штыревой коронкой

Таблица 2 – Результаты разрушения крупнозернистого гранита крестовой коронкой

Таблица 3 – Результаты разрушения крупнозернистого гранита долотчатой коронкой

В свою очередь при предударной скорости бойка 7 м/с отмечается приближение результатов разрушения к значениям, полученным при применении крестовой и долотчатой коронок (рис. 1, в).

С повышением энергии удара очевидно преимущество буровой коронки штыревого типа, которая практически во всех случаях обеспечивала большую крупность обломков разрушенной горной породы и имела особенности результатов при разных предударных скоростях бойка. Так, при предударной скорости бойка 5 м/с для всех цилиндрических бойков содержание частиц диаметром более двух миллиметров составляет около 10 %, а содержание 0,25-миллиметровой фракции не превышает 49 %.  В свою очередь при предударной скорости бойка 7 м/с отмечается приближение результатов разрушения к значениям, полученным при применении крестовой и долотчатой коронок (рис. 1,в).

Литература

1. Shadrina A., Saruev L. Exploration and determination of the principles of rotary-percussive underground slimhole drilling // International Journal of Mining Science and Technology. – 2014. Vol. 24, № 2. – P. 245–249.
2. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. – М.: Недра, 1987. – 272 с.
3. Мавлютов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. – М.: Недра, 1978. – 215 с.
4. Шадрина А.В., Кабанова Т.В. Исследование разрушения твердой горной породы энергией удара // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – М.: Изд-во «Горная книга», 2014. – № 6. – С. 381 – 385.

References

1. Shadrina A., Saruev L. Exploration and determination of the principles of rotary-percussive underground slimhole drilling // International Journal of Mining Science and Technology. – 2014. Vol. 24, № 2. – P. 245–249.
2. Ivanov K.I., Latyshev V.A., Andreev V.D. Tehnika burenija pri razrabotke mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. – M.: Nedra, 1987. – 272 s.
3. Mavljutov M.R. Razrushenie gornyh porod pri burenii skvazhin. – M.: Nedra, 1978. – 215 s.
4. Shadrina A.V., Kabanova T.V. Issledovanie razrushenija tverdoj gornoj porody jenergiej udara // Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' (nauchno-tehnicheskij zhurnal). – M.: Izd-vo «Gornaja kniga», 2014. – № 6. – S. 381 – 385.