Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Совершенствование технологии бурения шурфов в валунно-галечниковых отложениях

ВАК РФ 04.00.19, Методика и техника поисков и разведки полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Бухаров, Александр Олегович

ВВЕДЕНИЕ .4.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО БУРЕНИЮ ШУРФОВ

И СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА.7.

1.1. Современные способы проходки шурфов буровым способом.,'.7.

1.2. Состояние изученности процесса разрушения пород резанием. 12.

1.3. Современные способы проходки шурфов в Еалунно--г&лечниковых отложениях . 15.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСИЛИЙ, ВОЗНИКАЩИХ

ПРИ ВСТРЕЧЕ П0Р0Д0РАЗРУШАЩИМ ОРГАНОМ С ВАЛУНОМ . 22.

2.1. Теоретический расчет усилий, возникающих при встрече породоразрушающим органом валуна . 22.

2.2. Изучение баланса забойной мощности, расходуемой при бурении грунтов с твердыми включениями . 31.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСИЛИЙ^ ВОЗНИКАЮЩИХ

ПРИ ВСТРЕЧЕ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИМ ОРГАНОМ С ВАЛУНОМ . 38.

3.1. Экспериментальная установка для определения усилий, возникающих при встрече породоразрушающим органом с валуном.38.

3.2. Порядок проведения экспериментальных исследований и объем необходимых опытов . 47.

3.3. Результаты экспериментальных исследований . 49.

3.4. Конструкции и экспериментальные исследования с податливыми породоразрушающими органами . 59.

3.5. Экспериментальные исследования работы податливого, подпружиненного резца . 63.

3.6. Теоретические исследования возможности выкатывания валуна на поверхность забоя податливым подпружиненным резцом.73.

ГЛАВА 4. КОНСТРУКЦИИ БУРОВ И ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИЕ

ПОКАЗАТЕЛИ .84.

4.1. Конструкции буров .84.

4.2. Производственные испытания ковшового бура с податливыми подпружиненными ковшами .97.

4.3. Экономическая оценка ковшовых буров с податливыми породоразрушающими органами .109.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Совершенствование технологии бурения шурфов в валунно-галечниковых отложениях"

В основных направлениях развития народного хозяйства на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятых на ХХУТ съезде КПСС отмечалась необходимость дальнейшего технического перевооружения геологоразведочных организаций, оснащение их высокоэффективным оборудованием, аппаратурой и транспортными средствамиГЭД/. Такое пристальное внимание партии и правительства к геологоразведочной отрасли связано с тем, что минерально-сырьевая база страны играет большую роль в обеспечении новых высоких и устойчивых темпов развития экономики страны. При этом состояние минерально-сырьевой базы,, экономическая эффективность находятся в прямой зависимости от технической оснащенности геологоразведочных работ и уровня их организации

Одним из направлений, по которому можно добиться увелечения эффективности геологоразведочных работ - это сокращение времени на разведку месторождений при увеличении достоверности данных, полученных с разведуемого объекта. Добиться этого можно только применением новых технических средств, а также совершенствованием старых и разработкой новых технологий.

В процессе поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, а также при реконструкции и строительстве горных предприятий проходятся шурфы и технические скважины большого диаметра различного назначения. Сооружение шурфов ведется на всех стадиях разведки: при геологической съемке, предварительной, детальной и эксплуатационной разведках.

Значительный объем проходки шурфов выполняется при предво-рительной и детальной разведках пьезооптического сырья, меди, олоаа, алмазов, титана, слюды, графита, благородных металлов, талька, марганца, бокситов, фосфоритов и многих других полезных ископаемых, при инженерно-геологических изысканиях, а также для мелиорации, водоснабжения, вентиляции и т.п.

В последнее время широко внедряется буровой способ проходки шурфов, который обеспечивает комплексную механизацию работ, позволяет резко повысить производительность при одновременном снижении стоимости работ. Дальнейшее повышение эффективности бурового способа проходки шурфов может быть достигнуто в результате внедрения высокопроизводительного оборудования и рациональной технологии. Поэтому возникает необходимость в создании новых породоразрушающих инструментов на основе научно обоснованных методических разработок.

Для выполнения поставленной цели в работе принят комплексный метод исследования, включающий обобщение известных в этой области литературных данных, теоретические, стендовые и производствен/ ные исследования, разработку практических рекомендаций по совершенствованию конструкций породоразрушающего инструмента.

Работа выполнялась на кафедре Горного дела МГРИ под руководством профессора Л.Г. Грабчака.

Производственные исследования проводились на объектах ПГО "Центргеология", ответственным исполнителем которых был автор.

Основные положения диссертации докладывались на научной конференции МГРИ в 1982 г. и опубликованы в открытой печати в журнале "Геология и разведка".

Денные советы и замечания по существу работы были получены от профессора Грабчака Л.Г., доцентов Федорченко В.А., Шехурдина В.К., старших научных сотрудников Корнеева А.И., Александрова М.А., Лебедева А.А. и других товарищей.

Автор признателен всем товарищам, содействовавшим выполнению данной работы и выражает им искреннюю благодарность.

Замечания и предложения, высказанные при обсуждении этапов и всей работы, учтены при проведении исследований и завершении работы.

Заключение Диссертация по теме "Методика и техника поисков и разведки полезных ископаемых", Бухаров, Александр Олегович

основные вывода

Впервые установлена зависимость величины усилий сопротивления породы перемещению породоразрушающего органа от диаметра встреченного валуна. Получены теоретические зависимости, которые позволяют установить влияние диаметра валуна и толщины срезаемого слоя на величину усилий сопротивления.

Впервые' доказано, что встречи породоразрушающего органа с валуном, в процессе бурения, существенно влияют на перераспределение полезной мощности.

Изучено явление выкатывания валуна на поверхность забоя при наличии обнажения за ним.

Экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения, хорошую работоспособность податливых породоразрушающих резцов и возможность выкатывания валуна на поверхность забоя при наличии обнажения за ним.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны конструкции буров, снижающих пиковые нагрузки при встречах породоразрушающего инструмента с валунами и обеспечивающих скорости проходки не ниже чем в однородных породах.

Производственные эксперименты подтвердили хорошую работоспособность буров с податливыми рабочими органами.

Применение породоразрушающих инструментов с податливыми рабочими органами позволяет увеличить скорости проходки на 36% при замене ударно-захватного способа на медленновращательный.

Рациональная технология бурения породоразрушающим инструментом с податливыми рабочими органами состоит в использовании ограниченных осевых нагрузок и повышенных частот вращения.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения породоразрушающего' инструмента с податливыми рабочими органами при объ еме проходки около 2000 м составит на одну буровую установку в среднем 10 тыс. рублей при замене ударно-захватного способа бурения на медденновращательный.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата технических наук, Бухаров, Александр Олегович, Москва

1. Алабушев П.Н. и др. Теория подобия и размерности. Моделиро-вание,- Высшая школа, 1968.

2. Александров Г.С. Прение неглубоких скважин в породах рыхлого комплекса на Урале.-Экспресс-информация.- Техника и технология геол. развед. работ. Организация производства. М.:> 1976, № 16.

3. Акслер В.В. Применение установки УРБ-2 на разведке россыпей.

4. Обзор. Техника и технология геол. развед. работ.- М.: 1974, вып. 14.

5. Арш Э.А., Виторт Г.К., Черкасский Ф.Б. Новые методы дроблениякрепких горных пород.- Киев: Наукова думка, 1966.

6. Ашмарин И.П. и др. Быстрые методы статистической обработки ипланирование эксперимента.- Издательство ЛГУ, 1975.

7. Багриновский А.Г., Синицин Ю.И. Прение скважин вибрационнымспособом при разведке месторождений строительных материалов. Экспресс-информация. Техника и технология геол. развед. работ. Организация производства.- М.: 1972, № 175.

8. Барон Л.И. Коэффициенты крепости горных пород.- Наука, 1972.

9. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.- Наука, 1965.

10. Блинов С.Н. и др. Методика и рациональные ражимы медленновращательного бурения.- Труды ЦНИГРИ, 1973, вып. 106.

11. Борзунов В.М. Месторождения нерудных полезных ископаемых, ихразведка и промышленная оценка.- М.: Недра, 1969.

12. Борисович В.Т., Чуносов В.В. и др. прение шурфов.- М.: Недра,1973.

13. Брылов С.А. Горное дело.- М.: Недра, 1975.

14. Брылов G.A., Багдасаров Ш.Б., Зеленцов О.В., Несмотряев В.И.

15. Современная технология проходки шурфов.- М.: Недра, 1971.

16. Брылов С.А., Багдасаров Ш.Б., Зеленцов О.В. Техника и технология проходки разведочных шурфов бурением. Экспресс-информация. Техника и технология геол. развед. работ.- М.: ОНТИ ВИЭМС, 1972, № 6.

17. Брылов С.А. Багдасаров Ш.Б., Грабчак Л.Г. Современная техноч tлогшз: и механизация горно-разведочных работ.- М.: Недра, 1976.

18. Брылов С.А., Грабчак Л.Г. и др. Дурение шурфов и скважинсамоходными и передвижными установками.- М.: Недра, 1970.

19. Дутенин Н.В., Лунц Я.Л., МеркинД.Р. курс теоретической механики. T-I. Статика и кинематика.- М.: Наука, 1970.

20. Духаров А.О., Кочеров С.Г., Ребрик Б.М. Теоретические исследования усилий, возникающих при встрече породоразрушающим резцом валуна.- М.: Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 1982, № I.

21. Цухаров А.О., Ребрик Б.М., Кочеров С.Г. Экспериментальныеисследования усилий, возникающих при встрече породоразрушающим резцом валуна.- М.: Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 1982, № 7.

22. Веников В.А. Теория подобия и моделирования.- М.: Высшаяшкола, 1976.

23. Временные методические рекомендации по бурению скважин большого диаметра установками УБСР-25 при разведке россыпных месторождений.- М.: 1972 (ЦНИГРИ).

24. Волков С.А., Волков А.С. Справочник по разведочному бурению.- М.: Недра, 1963.

25. Вортман З.М. Практика ударно-канатного бурения на воду.- М.:1. Недра, 1971.

26. Гайдуков Ю.И. Использование шнекоколонковых снарядов при поисках и разведке титано-цинковых россыпей.- Разведка и охрана недр, 1964, № 5.

27. Геологический словарь (вддвух томах). T-I.- Недра, 1978.

28. Гольдшмит М.Г. Механические свойства грунтов.- Госстройиздат,1971.

29. Грабчак Л.Г. Основы теории, исследование процессов и оптимизация технологии бурового способа проведения геологоразведочных шурфов и вентиляционных скважин большого диаметра. Докт. дисс.~ М.: 1974.

30. Грабчак Л.Г. Е&грение пурфов.- М.: Цветметинформация, 1973.

31. Грабчак и др. Опыт бурения скважин большого диаметра установкой ЛЕУ-50.- Специальные работы в промышленном строительстве, 1972, сер. У, вып.З.

32. Грабчак Л.Г., Попов А.Н. Зависимость эффективности процесса бурения шурфов от угла резания ножей шурфобура.- М.: Изв. ВУЗов,. Геология и разведка, 1975, № 2.

33. Грабчак Л.Г., Попов А.Н. Об оптимоптимальном угле резания прибурении в мягких породах.- М.: Изв. ВУЗов, Геология и разведка,, 1976, № 5.

34. Дин М. (ред.) Полупроводниковые тензодатчики (пер. с англ.).1. Энергия, 1965.

35. Е1циные нормы выработки на геологоразведочные работы (ЕНВ).1. Госпотехиздат, 1969.

36. Ефремов М.Г. Виброметод проходки геологоразведочных скважин,- М.: Госстройиздат, 1958.

37. Ильницкая Е.Н. и др. Свойства горных пород и методы их определения.- Наука, 1969.

38. Имешин А.П. Опыт проходки п^ффоскважин. Экспресс информация.

39. Техника и технология геол. развед. работ.- М.: 1971, № 131.

40. Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям песка и гравия.- М.: Госгеолтехиздат, 1961.

41. Кардыш В.П., Мурзаков Б.В. Совершенствование техники и технологии бурения скважин большого диаметра за рубежом.- Экспресс информация. Техника и технология геол. развед. работ.-М.: 1975, № 16.

42. Кардыш В.П., Никитин Е.В., Окмянский А.С. Методы бурения неглубоких скважин в мягких породах.- Разведка и охрана недр, 1963, № II.

43. Козловский Е.А., Дьяков А.Д., Петров П.А. Механизация и оптимизация процессов бурения разведочных скважин.- М.: Недра, 1980.

44. Кренделев В.П. Дурение скважин при поисках и разведке россыпных месторождений.- М.: Недра, 1976.

45. Кренделев В.П., Махотин В.В. и др. Техника и технология ударно-канатного бурения при разведке россыпей.- М.: Недра, 1979.

46. Кренделев В.П., Шутов Е.Д. Установка УБСР-25 для бурения скважин большого диаметра при разведке россыпей.-Разведка и охрана недр. М.: 1971, № 7.

47. Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород.1. М.: Недра, 1973.

48. Кучерявый Ф.Й., Кожушко Ю.М. Разрушение горных пород.- М.: Недра, 1972.

49. Лебедев В.И., ^бинштейн А.Б. Бурение скважин при инженерногелогических изысканиях.- М.: 1973.

50. Ленник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений.- 1962.

51. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.- М.: Издательство политической литературы, 1981.

52. Меркулов Ю.В., Олейник В.В., Лукьянович А.Б. Оборудование иинструмент для осушительных работ в угольной промышленности.- М.: ЦНИЗИуголь, 1971.

53. Насонов И.Д. Моделирование горных процессов.- М.: Недра, 1978.

54. Несмотряев В.И. Исследование и совершенствование основных технологических операций процесса проходки разведочных шурфов бурением в мягких породах.- Канд. дисс.- М.: 1968.

55. Новожилов А.А., Рыхлов С.Н. Опыт бурения скважин большого диаметра с обратной циркуляцией промывочной жидкости.- Экспресс информация. Техника и технология геол. развед. работ.-М.: 1970, № 53.

56. Оганесов А.И., Петров Э.А. Комбинированный способ бурения помарене Карельского перешейка.- В кн.: Внедрение новой техники и передовой технологии.- М.: Недра, 1965.

57. Олейник В.В., Плохих В.А., Саранча А.Ф. Оборудование и инструмент для осушительных работ в угольной промышленности.- М.: ЦНИШ-уголь, 1971. -и

58. Основные направления экономического и социального развития

59. СССР на I981-1985 годы и на период до 1990 года.- М.: 1981.

60. Оника Д.Г. Проведение горных выработок.- М.: Недра, 1973.

61. Опыт бурения шурфов в мягких породах бурами различных конструкций/Л., Г. Грабчак, А.Н. Попов, В.А. Федорченко и др.- М.: ОНТИ ВИЭМС, 1973.

62. Передовой опыт проходки разведочных шурфов / В.А. Плохих,

63. С.А. Врылов, Л.Г. Грабчак и др.- М.: ОНТИ ВИЭМС, 1972.- 120

64. Покровский Г.И., Федоров И.С. Действие удара и взрыва в деформируемых средах.- М.: Госстройиздат, 1957.

65. Породоразрушающий инструмент для бурения неглубоких скважинбольшого диаметра в мягких породах / В.Т. Борисович,

66. В.В. Чуносов, А.В. Чистяков, Д.В.- Обзор. Техника итехнология геол. развед. работ.- М.: 1975.

67. Рамзес Б.Л. Поиски и разведка песчаных и гравийных месторождений.- М.: Госгеолтехиздат, 1958.

68. Ребрик Б.М. Дурение скважин при инженерногеологических изысканиях.- М.: Недра, 1973.

69. Ребрик Б.М. Прикладная механика в разведочном бурении.- М.:1. Недра, 1982.

70. Ребрик Б.М. Ударное бурение грунтов.- М.: Недра, 1976.

71. Ребрик Б.М., Е^харов А.О., Кочеров С.Г. Расчет забойной мощности при бурении мягких пород с включениями отдельных валунов инструментом режущего типа.- М.: Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 1982, № 10.

72. Ребрик Б.М., Грабчак Л.Г., Попов А,Н. Динамическая составляющая усилия резания при бурении грунтов.- М.: Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 1976, № 4.

73. Ребрик Б.М., Калиничев В.И., Полежаев А.П. Методы расчета баланса мощности при вращательном бурении скважин.- М.: ВИЭМС, 1979.

74. Рекомендации по проходке шурфов.- Стройиздат, 1971.

75. Рекомендации по проходке шурфов.- Стройиздат, 1973.

76. Рекомендации по проходке шурфов в песчаных и глинистых грунтахпри производстве инженерногеологических изысканий в строительстве.- М.: Стройиздат, 1971.

77. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород.- М.: Недра, 1967.

78. Савенко В.Г. Измерительная техника.- М.: Высшая школа, 1974.

79. Седов Б.Я. и др. Яровые установки для проходки скважин и стволов.- М.: Недра, 1972.

80. Сергеев Е.М. Грунтоведение.- МГУ, 1978.

81. Справочник горного мастера геологоразведочных партий / Багдасаров Ш.Б., Верчеба А.О., Куличихин Н.И. и др.- М.: Недра, 1973.

82. Справочник укркпненных проектно-сметных нормативов на геологоразведочные работы (СУСН).- Выпуск 1У, горнопроходческие работы.- Недра, 1968.

83. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород.- М.: Недра,1966.

84. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики.- М.: 1948.

85. Терцаги К. Теория механики грунтов.- Пер. с англ. под ред.

86. Цитовича Н.А.- М.: Стройиздат, 1961.

87. Тихонов И.В. Основные направления технического прогресса механизации горноразведочных работ.- М.: Изв. ВУЗов, Геология и разведка, 1967, № 10.

88. Федосеев В.И. Сопротивление материалов.- Наука, 1970.

89. Федюкин В.А. Проходка вертикальных горных выработок бурением.1. М.: Наука, 1975.

90. Финни Д. Введение в теорию планирования эксперимента.- Наука,1970

91. Цимбаревич П.М. Механика горных пород.- Угастехиздат, 1948.

92. Чеботарев Г.П. Механика грунтов, основания и земляные сооружения.- Пер. с англ. под ред. Маслова Н.Н.- М.: Строиздат, 1968.

93. Черепанов Г.П., Ершов Л.В. Механика разрушения.- М.: Машиностроение, 1977.

94. Чупрунов Г.Д. Проведение и крепление горных выработок.1. Госгортехиздат, I960.

95. Чупрунов Г.Д. Технология и комплексная механизация проведениягорных выработок.- М.: Недра, 1970.- 122

96. Шварц Л. Анализ. T-I.- М.-f Мир, 1972.

97. Шлайхер Е.Д., Дворягин Л.Г. Механизация буровых работ на разведке россыпных месторождений.- М.: 1969.

98. Эпштейн Е.Ф., Арш Э.И., Виторт Г.К. Новые метода разрушениягорных пород.- Госгортехиздат, I960.

99. Яблонский А.А. Курс теоретической механики. Часть 2.- М.:1. Высшая школа, 1962.

100. Якжин А.А. Опробование и подсчет запасов твердых полезных ископаемых.- М. : Госгеолтехиздат, 1959.

101. Яшвили В.И. Методика расчета лемехов забойных конвейеров.1. М.: 1981.

102. Lee //., A/ewitte К. Handbook of Ероху Resins.—1. MY., 1967.

103. BeuzteiPung det aquivatenUn Modeilweikstoffe.-3eticht von det Sektion geotechnik und &ERGBAU det betgakademie Fveibevg, 1973.

104. Inte* PocHain. Intimation-1973л/29-35.