ДЕЯКІ ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ТРИБОМЕХАНІКИ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ БУРОВИХ ВЕРСТАТІВ ДЛЯ РОЗБУРЮВАННЯ ВІДБУТНИХ ВИРОБОК І СВЕРДЛОВИН
Authors: Маліновський  Юрій , Цвіркун Сергій , Ситиник  Сергій , Власенков Дмитро , Рибак  Дмитро , Олійник Світлана 
Published: September 2024

На сучасних гірничорудних підприємствах широко застосовують верстати обертального буріння, обладнані шарошечними бурильними головками, які використовують для проведення у твердих гірських породах свердловин 250 - 320 мм з метою виконання вибухових робіт. Буріння таких свердловин пов'язане з використанням значних осьових зусиль і обертальних моментів , які спричиняють поздовжню деформацію (стиснення) і крутильну деформацію штанг і бурового става загалом. Тому проводити інтенсифікацію процесів обертального буріння з метою збільшення діаметра свердловини, що пробурюється, пов'язано зі значними технічними труднощами й економічними витратами. У низці практичних випадків існує можливість буріння свердловин великого діаметра у два етапи. Перший етап полягає в бурінні передової свердловини малого діаметра ( 250 - 320 мм) із зовнішніх горизонтів гірничого підприємства (наприклад, шахта) до горизонту, що лежить нижче, або мережі горизонтальних виробок, з'єднаних із кар'єром. Після буріння передової свердловини ( 250 - 320 мм) на горизонт, що лежить нижче, опускається розбурювач, який одягається на буровий став замість коронки малого діаметра. Після заміни робочого інструменту діаметром 250 - 320 мм на розбурювач 1500 - 3000 мм, здійснюється розбурювання, яке ведеться вертикально вгору (іноді під кутом). При виконанні розбурювання буровий став перебуває під впливом крутного моменту і розтягувального осьового зусилля. У такому режимі роботи навантаження на став істотно зростають, проте поздовжня вісь става залишається прямолінійною, оскільки виключається вплив поздовжнього вигину, а також зменшується вплив неврівноваженості бурового става від дії початкових неправильностей та відцентрових сил. Однак істотно зростає момент сил тертя при бурінні, посилюється вплив жорсткості бурового става, з'являється можливість більш "довгих" зупинок під час роботи розбурювача в вибої, водночас зменшується величина сил пружності става зі збільшенням його довжини, а отже кут закручування збільшується. У разі збільшення кута закручування бурового става зростає динамічний крутний момент і дотичні напруження, за рахунок істотних перепадів кутової швидкості обертання става (от до 0). У даному випадку, присутні значні зміни кінетичної енергії става при зниженні кутової швидкості його обертання. Фактично зниження жорсткості става веде до зростання приросту кінетичної енергії системи на розбурювачі. Тобто динамічний кут закручування вала зростає і призводить до прояву крутильного удару з великим коефіцієнтом динамічності ( ).
Як випливає з промислових випробувань верстата 2КВ 3000, не було враховано можливість прояву крутильного удару в системі розбурювач – буровий став – обертач під дією змінного моменту сил тертя між породою та інструментом. Тому за максимальної довжини става приріст кінетичної енергії удару спричиняє найбільший динамічний кут закручування става, який сприймається першими штангами від розбурювача, і в них виникають граничні наведені нормальні напруження, які призводять до поломок штанг.
З цих міркувань для ефективної роботи бурових верстатів у режимі розбурювання необхідно створити та застосувати інженерну методику розрахунку динамічних параметрів бурового става і верстата загалом під впливом фрикційної взаємодії інструменту та породи [1].