Изучение конструкции и определение основных параметров станков шарошечного бурения

Основные положения

Станки шарошечного бурения предназначены для бурения вертикальных и наклонных скважин открытым способом в породах с крепостью по Протодьяконову f = 6 ÷ 18 диаметром 160, 200, 250, 320, 400 мм и глубиной 32¸ 60 м. Станок СБШ-250-32МНА (рис.5.1) [4] применяется на открытых горных работах. Цифра 250 – условный диаметр скважины, мм; цифра 32 – глубина скважины, м.

Станок имеет гусенич­ный ход 1, на котором смонтирована рама. На раме установлены основные узлы. Мачта станка 3 крепится на двух опорах 2. Она опускается в транспортное положение с помощью механизма заваливания, состоящего из двух гидродомкратов 4. В ма­шинном отделении станка 5 размещены маслостанция и насос для орошения забоя. Станок имеет винтовой компрессор для интенсивной продувки скважины. Для хранения запаса воды в пе­редней части станка имеется емкость объемом 2, 7 м³ с электри­ческим подогревом. Раму станка при бурении вывешивают на трех домкратах 6.

Внутри мачты станка размещены: вращатель с буровым снарядом, сепа­ратор с буровыми штангами, механизм подачи, механизм свинчи­вания и разборки бурового снаряда и другое оборудование. Станок снабжен наддолотным влагоотделителем для разделения водовоздушной смеси. На верхней обвязке мачты установлены опоры блоков механизма по­дачи с блоком троса натяжной каретки гирлянды. На нижней об­вязке мачты смонтированы два гидроцилиндра механизма подачи, механизм развинчивания штанг и верхний ключ. К средней обвязке прикреплены полуоси, на которых поворачивается мачта. К задней стороне мачты крепят на подшипниковых опорах сепаратор. Вдоль всей мачты проходят направляющие, по которым перемещают вра­щатель и натяжную каретку гир­лянды.

Механизм подачи (рис.5.2) состоит из двух гидроцилиндров 1 и двух четырехкратных канатно-полиспастных систем 4. При ходе штока цилиндра 2 м ход бу­рового снаряда равен 8 м, т. е. длине штанги. Натяжение гир­лянды осуществляют кареткой 3 и двукратной канатно-полиспастной системой 2.

Вращатель бурового снаряда состоит из электродвигателя по­стоянного тока ДПВ-52 с незави­симым возбуждением мощностью 60 кВт, вентиляционной установ­ки для охлаждения электродви­гателя и двухступенчатого редук­тора с передаточным числом 11, 05. Питание электродвигателя осуществляется через тиристорный преобразователь, с помощью которого плавно меняется частота вращения бурового снаряда от 0, 5 до 2, 5 с^-1.

Буровой став (рис.5.3) состоит из долота, наддолотного амор­тизатора и буровых штанг. Если амортизатор не применяют, то в комплект входят концевая и основные буровые штанги. Кон­цевая штанга состоит из трубы с ввернутыми и приваренными ниппелями – нижним и верхним. Основная буровая штанга состоит из трубы с ввернутыми и прива­ренными муфтой и ниппелем.

Муфты и ниппели имеют внутри отверстия для прохода воздуха, а также коническую замковую резьбу. С помощью резьбы буровые штанги свин­чивают одну с другой. Снаружи ниппели имеют лыски для захвата штанги ключом или секторами кассеты.

Шарошечное долото (рис.5.4) представляет собой породоразрушающий ин­струмент, состоящий из корпуса и шарошек, свободно вращающихся на цапфах. Цапфой заканчивается лапа долота (рис.5.5). Шарошка является исполнительной частью долота и представляет собой стальной корпус в виде конуса, на поверхности которого расположены зубки. Последние при перекатывании шарошек по забою скважины внедряются в породу под действием осевого усилия, прилагаемого к долоту. Разрушенную породу удаляют с забоя скважины сжатым воздухом или промывочным раствором.

Верхняя часть корпуса долота заканчивается резьбовым нип­пелем, с помощью которого долото соединяется с бурильными трубами. При вращении бурильных труб будут вращаться корпус долота и шарошки. При этом частота вращения шарошки будет больше частоты вращения долота во столько раз, во сколько раз диаметр долота больше диаметра основания шарошки.

Усилие подачи, создаваемое буровым станком с шарошечным долотом,

N_под = (60 ÷ 70) · f · D_д, кН, (5.1)

где f – коэффициент крепости породы по М.М. Протодьяконову; D_д – диаметр скважины, м.

Теоретическая скорость бурения

, м/мин, (5.2)

где N_под – осевое усилие подачи, создаваемое буровым станком с шарошечным долотом, кН; n_вр – частота вращения долота, с^-1; П_б – показатель буримости.

П_б = 0, 07 · (s_сж + t) + 0, 7 · g, (5.3)

где s_сж, t – временные сопротивления породы соответственно сжатию и сдвигу, МПа; g – плотность породы, т/м³.

Сменная производительность бурового станка

П_см = 60 · k_и · t_см · V_бт, м/смену, (5.4)

где k_и – коэффициент использования станка по бурению в течение смены (учитывает вспомогательные неперекрываемые операции, связанные: с переездом от скважины к скважине с учётом установки и снятия станка с домкратов; с заменой долота; с подъёмом бурового става со скоростью V_п; с перехватом гидропатрона; со сборкой и разборкой бурового става), обычно k_и = 0, 4 ÷ 0, 5; t_см – продолжительность смены, ч.

Задание. На основании данных табл.5.1 рассчитать производительность станка шарошечного бурения. Построить зависимости N_под (f), V_бт (D_д).

Пример.

Исходные данные: f = 18; D ₁ = 0, 2445 м; n_вр = 1, 8 с^-1; s_сж = 180 МПа; t = 36 МПа; g = 3, 6 т/м³; k_и = 0, 4; t_см = 8 ч.

Усилие подачи, создаваемое буровым станком с шарошечным долотом, определим по формуле (5.1)

N_под = 60 · 18 · 0, 2445 = 264кН.

Показатель буримости рассчитаем по формуле (5.3)

П_б = 0, 07 · (180 + 36) + 0, 7 · 3, 6 = 17, 64.

Теоретическую скорость бурения вычислим исходя из выражения (5.2)

м/мин.

Сменная производительность бурового станка определяется по формуле (5.4)

П_см = 60 · 0, 4 · 8 · 0, 144 = 26 м/смену.

Варианты заданий по расчёту производительности станка шарошечного
бурения.

Таблица 5.1

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №6