В работе изложены результаты экспериментальных исследований разрушения горной породы в режиме ударно-поворотного бурения. На основе исследований проведена количественная и качественная оценка изменения крупности бурового шлама горной породы (крупнозернистого гранита) в зависимости от формы и энергетических параметров силовых импульсов, формируемых при различных предударных скоростях бойка, различных цилиндрических ударниках и буровых коронок. Приведены результаты исследования фракционного состава гранита. Для анализа экспериментальных данных применены статистические методы (ранговая корреляция Спирмена, множественный регрессионный анализ с фиктивной переменной, непараметрический критерий Краскала-Уоллиса). Полученные закономерности показывали, что с повышением энергии удара очевидно преимущество буровой коронки штыревого типа. Штыревая коронка во всех случаях обеспечивала большую крупность обломков разрушенной горной породы и имела отличные результаты при разных скоростях соударения. Так при скорости соударения с колонной труб 5 м/с для всех цилиндрических ударников содержание частиц диаметром более двух миллиметров составляет около 10 %, а содержание частиц диаметром менее 0,25 мм не превышает 49 %. При скорости 7 м/с результаты сопоставимы с разрушением гранита крестовой и долотчатой коронками. Экспериментальные данные будут полезны специалистам, занимающимся совершенствованием бурового инструмента, а также компьютерным моделированием процессов разрушения горных пород.
The paper presents experimental studies of coarse-grained rock failure provided by percussive drilling in laboratory setting. The particle-size distribution in granite-cutting sludge was analyzed in this paper. Quantification and qualitative analysis were carried out to estimate critical values of rock failure depending on pulse form and energy parameters. The power pulses were generated at different the hammer pre-impact velocity, types of drill bits and cylindrical hammer parameters (weight, length, diameter). Statistical approach (Spearmen´s rank-order correlation, multiple regression analysis with dummy variables, Kruskal-Wallis nonparametric test) was used to analyze the drilling process. With increase of the percussive energy the insert bit has the advantage over other drill bit types. The insert bit produced granite-cutting sludge of larger size in all cases and showed perfect results at different impact rates. Thus, at 5 m/s impact rate of the hammer the percentage of particles having the diameter over 2 mm is about 10 wt.%, while that of particles with diameter less than 0,25 mm does not exceed 49 wt.%. Results obtained at 7 m/s impact rate of the hammer are comparable with those of the crosscut and spade drill bits. Experimental data will be useful for specialists engaged in simulation and illustration of rock failure.
1. Дерюшева В.Н., Крауиньш П.Я. Формирование ударного импульса в зависимости от исполнения промежуточной полости пневмогидравлического ударного узла // Современные проблемы машиностроения: труды IV Международной научно-практической конференции - Томск, ТПУ, 26-28 ноября 2008. – Томск: Изд. ТПУ, 2008. – С. 455-459.
2. Жуков И.А. К разработке безлезвийного бурового инструмента для разрушения горных пород высокой крепости // Горное оборудование и электромеханика. – 2011. - № 6. – С. 39-41.
3. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. – М.: Недра, 1987. – 272 с.
4. Мавлютов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. – М.: Недра, 1978. – 215 с.
5. Рындин В.П. Энергетические параметры волновых процессов // Вопросы горной механики и шахтного транспорта: межвуз. сб. науч. тр./ Кузбас. политех. ин-т. – Кемерово: Изд-во Кузбас. политех. ин-т, 1991. – С. 54-58.
6. Shadrina A. Exploration and determination of the principles of rotary-percussive underground slimhole drilling / A. Shadrina, L. Saruev // International Journal of Mining Science and Technology. – 2014. – Vol. 24, № 2. – P. 245–249.