WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Таблица Основные факторы Диапазон изменения Давление водоцементной суспензии P, МПа 40 – Диаметр струеформирующей насадки do, м 0,002 – 0,Скорость подъема буровой колонны V, м/с 0,0017 – 0,Частота вращения буровой колонны n, с-1 0,167– 0,Коэффициент сцепления горных пород С, МПа 0,006 – 0,С целью оценки адекватности разработанной математической модели фактическим результатам, полученным по зависимости (13) проведено сопоставление экспериментальных значений диаметра закрепляемого массива с значениями, рассчитанными по уравнениям математической модели (8). Получена удовлетворительная сходимость экспериментальных и расчетных значений. Коэффициент корреляции для всей серии опытов составил 0,8, а коэффициент вариации – 22,5 %.

Создание комплекта оборудования для реализации технологии ГСЦ неустойчивых горных пород включает в себя следующие этапы:

- выбор источника водоцементной суспензии высокого давления из ряда существующего оборудования, наиболее полно отвечающего технологическим потребностям разрабатываемого оборудования;

- выбор базового бурового оборудования, отвечающего требованиям работы в стесненных подземных условиях или при открытых горных работах;

- разработка оригинального дополнительного оборудования, оснащение которым базовой буровой ус тановки обеспечит формирование закрепляемого породного массива с рациональными параметрами процесса ГСЦ.

К дополнительному оборудованию относится буровой став, включающий в себя следующие основные элементы: гидросъемник, буровые штанги и монитор. Гидросъемник обеспечивает подачу высоконапорной водоцементной суспензии от насосного блока во вращающуюся буровую колонну. Буровые штанги (линейные секции става) служат для подачи высоконапорной водоцементной суспензии к монитору и передачи осевого усилия и крутящего момента от вращателя бурового станка к буровому инструменту. Монитор предназначен для струйного разрушения горных пород и перемешивания продуктов разрушения. Он оснащается струеформирующей насадкой, которая служит для формирования высокоскоростной суспензионной струи.

Кроме того, для контроля формы закрепляемого массива буровой станок должен быть оснащен АСУ процессом ГСЦ горных пород.

С целью обоснованного сокращения номенклатуры машин для ГСЦ горных пород был разработан типоразмерный ряд насосных установок и соответствующий ему параметрический ряд буровых ставов. Для этого, с учетом результатов выполненных исследований, использовалась следующая система уравнений:

V = 0,16d 0,55 n0,10 ;

1, D = 1,09 Р1,03d ;. (14) 0,37 0,V С n0, 2 1, N = 0,019d P.

где N – гидравлическая мощность источника водоцементной суспензии высокого давления, кВт.

Исходными данными при решении системы (14) являются: диаметр закрепляемого породного массива D, давление водоцементной суспензии P, частота вращения буровой колонны n и коэффициент сцепления горных пород С. В результате решения системы уравнений (14) получают: потребляемую гидравлическую мощность насосного агрегата N, а также скорость перемещения буровой колонны V и диаметр отверс тия струеформирующей насадки d0, обеспечивающие максимальную производительность и минимальную удельную энергоемкость процесса ГСЦ горных пород.

Типоразмерный ряд насосного оборудования представляет собой ряд значений, образованный по возрастающей мощности привода. Расчет значений мощнос ти насосного оборудования производился с использованием ПК в широких диапазонах изменения параметров D, P, n и С. Было проведено 1050 вычислений.

Анализ результатов вычислений, являющихся выборочным решением системы уравнений (14) для облас ти применения ГСЦ горных пород, выявил потребнос ть в их статистическом исследовании. Полученные значения гидравлической мощности составили интервал от 13,46 до 523,85 кВт. Для данного размаха варьирования значений N была построена кривая распределения с учетом предварительной разбивки полученной области исследования на классы в соответствии с правилом Штюргеса (рис. 4).

Площадь фигуры, ограниченная снизу осью N, сверху кривой распределения, слева прямой с координатой N = 10 кВт и справа прямой с координатой N = 527 кВт, представляет собой облас ть применения источников водоцементной суспензии высокого давления.

С целью создания ряда предпочтительных значений мощности насосного оборудования после разбивки этой площади на равные час ти, что соответствует равновероятному применению оборудования каждого интервала значений мощности, и проведения соответствующих расчетов был получен следующий ряд значений мощности: 10, 50, 100, 160, 240 и 420 кВт. Анализ этих значений показывает, что:

- при разработке оборудования для ГСЦ горных пород реализация гидравлической мощности 10 кВт и менее нецелесообразна;

- минимальным значением мощности серийно выпускаемых отечественных цементиро- вочных насосов является 50 кВт;

- в мировой практике отсутствует оборудование для СЦГ горных пород мощностью более 0 100 200 300 400 500 420 кВт на одну струеN, кВт формирующую насадку, диаметр отверстия котоРис. 4. Кривая распределения значений мощрой в этом случае долностей оборудования жен быть 0,007 м, что также противоречит зарубежному опыту;

- оборудование в интервале мощностей от 420 до 527 кВт встречается крайне редко, что составляет 2,3% от случаев рассмотренных при проведении численного эксперимента, поэтому его целесообразно не учитывать при разработке типоразмероного ряда.

Параметрический ряд буровых ставов для ГСЦ горных пород должен быть образован из пяти исполнений става по номинальному давлению водоцементной суспензии в интервале от 40 до 60 МПа и соответствующему ему диаметру отверстия струеформирующей насадки с учетом пяти типоразмеров насосного оборудования.

Еще одним важным конструктивным параметром бурового става, который целесообразно учесть при разработке типоразмерного и параметричеКол-во применений ского рядов оборудования является диаметр проходного сечения бурового става dст, определяемый расходом водоцементной суспензии.

Типоразмерный и параметрический ряды оборудования для ГСЦ горных пород в окончательном варианте предс тавлены в табл. 3.

Таким образом, требуемые из условий конкретных технологий значения выходных параметров оборудования для ГСЦ горных пород (давление и диаметр отверстия струеформирующей насадки) определяют его типоразмер (мощность привода насоса водоцементной суспензии высокого давления).

На основании анализа существующих конструкций машин для реализации технологии ГСЦ и с учетом опыта разработки высоконапорного оборудования для гидроструйных технологий была разработана оригинальная конструкция бурового става для выполнения работ по закреплению массива ГСЦ неустойчивых горных пород.

Таблица Насосный блок Буровой став Диаметр Исполнение Мощ- проход1 2 3 4 Типо- ность ного сеДавление номинальное Рном,, МПа размер привода, чения N, кВт бурового 40 45 50 55 става dст, Диаметр отверстия струеформируюм щей насадки – d0, м 1 50 0,0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 0,2 100 0,0,0045 0,0040 0,0035 0,0035 0,3 160 0,0,0055 0,0050 0,0045 0,0045 0,4 240 0,0,0070 0,0065 0,0060 0,0055 0,5 420 0,118 0,0090 0,0085 0,0085 0,0070 0,Буровой став предназначен для навешивания на существующие буровые установки, которые обеспечивают режимы работы, соответствующие технологии ГСЦ горных пород. Например, для оснащения разработанным буровым ставом подходят машины СБГ-3 и СБГ-3321, а также СБГ-2, серийно выпускаемые ООО «СМЗ».

Буровой став состоит из следующих элементов (рис. 5): гидросъемника, буровых штанг (количество которых зависит от протяженнос ти закрепляемого массива горных пород) и гидромонитора (струеформирующая насадка).

Кроме того, разработана АСУ процессом ГСЦ горных пород, защищенная патентом РФ. Принцип работы АСУ заключается в следующем. Во время бурения пилотной скважины осуществляется непрерывный мониторинг физико-технических свойств горных пород, на основании которого строится график изменения свойств породного массива в зависимости от глубины пилотной скважины. При обратном ходе буровой колонны во время закрепления массива параметры процесса ГСЦ горных пород изменяются таким образом, чтобы основной показатель процесса – диаметр закрепляемого массива D, всегда оставался равным проектному значению.

В качестве основного показателя физико-технических свойств горных пород, характеризующего процесс ГСЦ, нами обоснованно был принят коэффициент сцепления пород С. При бурении пилотной скважины коэффициент сцепления горных пород можно определять, регистрируя момент сопротивления на буровом ставе (или крутящий момент) при отсутствии на нем осевого усилия.

Буровое оборудование, используемое для реализации технологии ГСЦ горных пород, оснащается специальными устройствами, обеспечивающими перемещение буровой колонны с заданной скоростью. Поэтому предполагается, что, если при бурении пилотной скважины определенного диаметра задавать фиксированные значения скорости пода- чи буровой колонны на забой (скорости бурения) и частоты вращения бурового инструмента, об изменении коэффициента сцепления горных пород можно судить по изменению момента сопротивления вращению исполнительного органа, т. е.

Рис. 5. Буровой став для ГСЦ неустойчивых крутящего момента Мкр.

горных пород:

Анализ результатов 1 – гидросъемник; 2 – буровая штанга; 3 – гидэкспериментальных исромонитор следований, в которых применялось в качестве бурового инструмента однолопастное долото типа «Пикобур», показал, что сделанное нами предположение о корреляционной связи между крутящим моментом при бурении и коэффициентом сцепления горных пород при заданных скоростях подачи и вращения буровой колонны полностью подтверждается. Корреляционная связь С, МПа, и Мкр, Нм, имеет следующий вид:

С = 0,00004Мкр – 0,034. (15) Коэффициент корреляции для зависимости (15) составил R = 0,95. Следует отметить, что фактическое значение коэффициента при Мкр может изменяться в зависимости от типа бурового инс трумента, поэтому его значение необходимо получать при тарировке оборудования.

Таким образом, разработанная АСУ процессом ГСЦ горных пород при бурении пилотной скважины, считывая с тензодатчика изменение значения крутящего момента по ее длине, строит график изменения коэффициента сцепления горных пород также по длине скважины. Кроме того, в ходе закрепления массива горной породы АСУ процессом ГСЦ корректирует скорость перемещения буровой колонны таким образом, чтобы форма закрепленного массива соответствовала проектной.

Еще одним важным преимуществом АСУ ГСЦ горных пород является возможность создания закрепленных массивов заданной сложной формы.

Например, опорных фундаментных конструкций из породобетона с утолщенным основанием грибообразной или грушевидной формы, что существенно увеличивает их несущую способность. Для решения этой задачи в АСУ процессом ГСЦ вводится программа формирования закрепляемого массива переменного диаметра.

В ходе промышленных испытаний при помощи экспериментального образца станка СГСЦ-1, оснащенного буровым ставом 1 и 2 типоразмеров (см. табл. 3), были закреплены породные массивы диаметром от 0,8 до 1,2 м и длиной 12 м. При промышленных испытаниях также была проверена работоспособность АСУ процессом ГСЦ. Применение АСУ процессом ГСЦ позволило получать закрепленные массивы переменного диаметра – опорные конструкции с утолщенным основанием (были созданы породобетонные массивы длиной 8 и 6 м, диаметром основания 1,2 м и диаметром 0,7 м на ос тальном протяжении).

Породобетон закрепленного массива был подвергнут испытаниям на предмет соответствия его прочностных свойств прогнозируемым показателям. В качестве показателя механической прочнос ти исследуемого материала был принят предел прочности на одноосное сжатие сж. Полученные данные для сж полностью совпадают с прогнозируемой прочнос тью закрепляемого массива.

Таким образом, промышленные испытания экспериментального образца бурового станка СГСЦ-1, оснащенного АСУ процессом ГСЦ горных пород, на участке весьма сложном по инженерно-геологическим условиям, полностью подтвердили работоспособность разработанного бурового става и всего оборудования в целом для ГСЦ горных пород, соответс твие полученной прочности закрепленного массива (породобетона) прогнозируемой, а также перспективность предлагаемого оборудования.

Одним из основных вариантов применения технологии ГСЦ в горном производстве является щитовой комплекс для микротоннелирования с опережающим закреплением породного массива для проходки выработок в неустойчивых горных породах. Предлагаемый щитовой комплекс предназначен для проведения выработок малого диаметра до 1,5 м в условиях неустойчивых горных пород. Реальной альтернативы такому оборудованию на сегодняшний день не существует, исключая технологию замораживания горных пород, которой, в свою очередь, присущи существенные недостатки.

В качестве решения указанной проблемы была предложена технологическая схема проходки горных выработок малого сечения, основанная на закреплении породного массива способом ГСЦ путем бурения опережающей скважины с последующей разработкой закрепленного массива с регламентированными прочностными свойствами механическим исполнительным органом.

1 го р н а я ма сс а вы со к он а п о р н а я су с пе н з и я 3 Рис. 6. Проходческий комплекс с использованием технологии ГСЦ горных пород:

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»