Повышение эффективности процесса сколообразования при ударно-поворотном воздействии долота на горную породу

Представлен анализ известных способов бурения. Рассмотрены схемы сил, действующие на буровой инструмент, и осциллограммы процесса изменения силовых показателей при бурении породы различными способами. На основании сравнительного анализа предложено по-новому осуществлять силовое воздействие на буровой инструмент для повышения эффективности бурения, а именно внедрение лезвия долота в породу по винтовой траектории, шаг которой подобран из условия наилучшего сколообразования. Математическим и физическим моделированием внедрения лезвия долота в поверхность породного массива в зависимости от угла приложения ударной нагрузки установлено наличие существенного влияния данного параметра на эффективность сколообразования в породном массиве. На специально разработанном стенде для изучения процесса внедрения долота с поворотом в породный массив подтверждено более эффективное использование энергии единичного удара на формирование скола породы, а не только дробления. Представленные результаты математического и физического моделирования внедрения лезвия долота в поверхность породного массива в зависимости от угла приложения ударной нагрузки подтверждают целесообразность продолжения исследований по установлению оптимального угла приложения и энергии ударной нагрузки в зависимости от физико-механических свойств породы и определения влияния геометрии бурового инструмента на эффективность бурения.

Гринько А. А., Сысоев Н. И., Гринько Д. А. Повышение эффективности процесса сколообразования при ударно-поворотном воздействии долота на горную породу // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 9. – С. 102–115. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-102-115.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-35-90079

Гринько Антон Александрович¹ — аспирант, e-mail: nextdingo@mail.ru,
Сысоев Николай Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: sysoevngmo@gmail.com,
Гринько Дмитрий Александрович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: dingo17@mail.ru,
¹ Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова.

Гринько А.А., e-mail: nextdingo@mail.ru.

1. Юнгмейстер Д. А., Уразбахтин Р. Ю., Мельников Д. А. Горные машины с модернизированными конструкциями ударных исполнительных органов / Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник научых статей XV Международной научно-технической конференции. — 2017. — С. 124—128.

2. Сысоев Н. И., Гринько Д. А., Кожевников А. С. Повышение эффективности функционирования очистных и бурильных машин дискретным управлением их режимных параметров // Горное оборудование и электромеханика. — 2018. — № 3(137). — С. 37—42.

3. Хазанович Г. Ш. Актуальные направления научных исследований горнопроходческого оборудования // Горное оборудование и электромеханика. — 2018. — № 2(136). — С. 41—45.

4. Лукьянов В. Г., Крец В. Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок: учебник для СПО. — М.: Изд-во «Юрайт», 2016. — 342 с.

5. Тургель Д. К. Горные машины и оборудование подземных разработок: Учебное пособие. — Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2007. — 302 с.

6. Сысоев Н. И., Буренков Н. Н., Чу Ким Хунг Обоснование структуры и выбор рациональных конструктивных параметров бурового резца, армированного алмазно-твердосплавными пластинами // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 2016. — № 2. — С. 77—83.

7. Сысоев Н. И., Гринько Д. А., Гринько А. А. Исследование напряженно-деформированного состояния природного массива при импульсно-моментном воздействии на буровой инструмент / Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник трудов XVI Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека», 12—13 апр. 2018 г. — Екатеринбург: УГГУ, 2018. — С. 283—287.

8. Сысоев Н. И., Чу Ким Хунг Определение максимально возможной скорости бурения шпуров численным моделированием // Горное оборудование и электромеханика. — 2016. — № 2. — С. 20—26.

9. Pryhorovska T. O., Chaplinskiy S. S., Kudriavtsev I. O. Finite element modelling of rock mass cutting by cutters for PDC drill bits // Petroleum Exploration and Development. 2015. Vol. 42. No 6. Pp. 888—892.

10. Yari N., Kapitaniak M., Vaziri V., Ma L., Wiercigroch M. Calibrated FEM modelling of rock cutting with PDC cutter // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 148. Article 16006. DOI: 10.1051/matecconf/201814816006.

11. Helmons R. L. J., Miedema S.A., van Rhee C. Modeling the effect of water depth on rock cutting processes with the use of discrete element method // Terra et Aqua. 2016. Vol. 142. Pp. 17—24.

12. Che D., Zhu W.-L., Ehmann K. F. Chipping and crushing mechanisms in orthogonal rock cutting // International Journal of Mechanical Sciences. 2016. Vol. 119. Pp. 224—236.

13. Cheng Z., Sheng M., Li G. Cracks imaging in linear cutting tests with a PDC cutter: Characteristics and development sequence of cracks in the rock // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. Vol. 179, Pp. 1151—1158. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.04.053.

14. Протосеня А. Г., Иовлев Г. А. Прогноз пространственного напряженно-деформированного состояния физически нелинейного грунтового массива в призабойной зоне тоннеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 128– 139. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-0-128-139.

15. Сысоев Н. И., Гринько Д. А., Гринько А. А. Математическое моделирование влияние угла приложения ударной нагрузки при бурении горной породы на эффективность сколообразования // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2019. — № 2. — С. 70—75.