Расчет переносного перфоратора

Ударная мощность перфоратора (кВт)

,

гдеА – энергия удара перфоратора, Дж;

n_у – частота ударов, с^-1;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Вращательная мощность перфоратора (кВт)

,

где М_кр – крутящий момент, Н×м;

n_в – частота вращения, с^-1.

Расчетная мощность перфоратора (кВт)

.

Удельный расчет воздуха на единицу общей (расчетной) мощности перфоратора (м³/кВт×с)

,

где Q– расход воздуха при бурении, м³/с .

Средняя механическая скорость бурения переносными перфораторами (техническая скорость бурения) определяется по эмпирическим формулам Ю.Г. Коняшкина (мм/с), после расчета перевести в (м/мин)

; ,

гдеА – энергия удара поршня, Дж;

n_у – частота ударов, с^-1;

d – диаметр шпура, мм;

s - временное сопротивление пород раздавливанию, МПа;

Р_к– контактная прочность горных пород (т.е. сопротивляемость породы разрушению в приповерхностном слое при местных контактных воздействиях), МПа.

Сменная производительность переносного перфоратора (м/см)

,

гдеТ– продолжительность смены, мин;

Т_п.з. – время затрачиваемое на подготовительно-заключительные операции, мин;

k_о – коэффициент, учитывающий время отдыха бурильщика, мм;

t_б – чистое время бурения 1 метра шпура, мин;

,

u - средняя механическая скорость бурения, м/мин;

В– время на вспомогательные операции приведенное к 1 м шпура, мин.

,

где n_з– число замен буров на 1 м шпура;

;

где Р– расход буровых штанг на 1000м шпуров, кг (табл.2);

m – масса штанги, кг (для перфораторов типа ПП: l=1,5 м m=6 кг, : l=1,8 м m=7,2 кг, l=2,0 м m=8 кг, : l=2,2 м m=8,8 кг)

В₁– время затрачиваемое на замену бура, мин.

В₂– время затрачиваемое на подготовку к бурению нового шпура, мин.

В₃– время затрачиваемое на чистку и продувку шпура, мин.

Таблица1. Время на вспомогательные операции

Тип перфоратора	Параметры
kо	Тп.з.	В1	В2	В3
Переносной Телескопный Колонковый	1,12 1,05 1,06		0,7 0,5 1,5	0,8 1,3 1,0	1,0 2,0 1,2

Таблица 2. Расходные показатели при бурении шпуров переносными перфораторами

Показатели	Коэффициент крепости пород
6-8	8-10	10-12	12-14	14-16	16-18	18-20
Расход буровых штанг на 1000м шпуров, кг
Расход воздуха, м3/м		32/37		37/45	45/53	53/67
Расход коронок на 1000м шпуров, шт при диаметре коронки: 36 мм 40 мм 43 мм 46 мм

Примечание: В числителе приведены расход сжатого воздуха при диаметре коронок 40мм, в знаменателе – при диаметре 46 мм.

Расход материалов на бурение шпуров в смену

Расход буровых штанг, кг Q_шт=

Расход коронок, штN_кор =

Расход воздуха, м³/смену Q_возд=

где q_шт- расход буровых штанг на 1000м шпуров, кг (табл.2);

n_кор - расход коронок на 1000м шпуров, шт (табл.2);

q_перф – нормативный расход воздуха перфоратором, м³/с;

Т_раб – время работы перфоратора в смену, мин.

Задание 2.Эксплуатационный расчет шахтных бурильных установок

Задание: Определить техническую скорость бурения, теоретическую, техническую и эксплуатационную сменную производительность шахтной бурильной установки.Расход материалов на бурение шпуров в смену.

Построить графики зависимости: 1.скорости бурения от крепости пород; 2. эксплуатационной производительности от глубины шпура 1,5 до 5 м.

№ вар.	Тип бурильной установки	Тип бурильной головки	Коэфф. крепости пород	Диаметр шпура D, мм	Глубина шпура L, м	Кол-во шпуров в забое, m
1.	УБШ-121	ПК-60А			1.65
2.	БК-2П	ПК-60А			1.80
3.	УБШ-121	ПК-60А			2.50
4.	БК-2П	ПК-60А			1.65
5.	УБШ-208	ПК-60А			1.85
6.	УБШ-208	ПК-60А			2.10
7.	УБА	ПК-60А			2.8
8.	УБШ-207	ПК-60А			1.80
9.	УБА	ПК-60А			1.65
10.	УБШ-121	ПК-60А			2.05
11.	БК-2П	ПК-60А			2.15
12.	УБШ-208	ПК-60А			2.50
13.	УБШ-207	ПК-60А			2.30
14.	УБА	ПК-60А			2.40
15.	УБШ-121	ПК-60А			2.05
16.	БК-2П	ПК-60А			2.15
17.	УБШ-208	ПК-60А			2.50
18.	УБШ-207	ПК-60А			2.30
19.	УБА	ПК-60А			2.40
20.	УБШ-121	ПК-60А			2.65
21.	БК-2П	ПК-60А			2.80
22.	УБШ-121	ПК-60А			1.90
23.	БК-2П	ПК-60А			2.65
24.	УБШ-208	ПК-60А			2.15
25.	УБШ-121	ПК-60А			1.65
26.	БК-2П	ПК-60А			1.80
27.	УБШ-121	ПК-60А			2.50
28.	БК-2П	ПК-60А			1.65
29.	УБШ-208	ПК-60А			1.85
30.	УБШ-208	ПК-60А			2.10
31.	УБА	ПК-60А			2.8
32.	УБШ-207	ПК-60А			1.80
33.	УБА	ПК-60А			1.65

Расчет ударно-вращательного бурения перфораторами с незави­симым вращением бура.

При ударно-вращательном бурении перфораторами с незави­симым вращением бура оптимальная частота вращения (с^-1) бу­рового инструмента

п_вр = 145/d,

где d—диаметр шпура, мм.

Формула справедлива при 35<d<80 мм.

Практика показывает, что пневматические бурильные головки ударно-вращательного действия целесообразно эксплуатировать на повышенном давлении сжатого воздуха (0,6—0,7 МПа). Увеличе­ние давления на 0,1 МПа позволяет увеличить механическую ско­рость бурения на 20 %.

Начальная механическая скорость бурения (мм/с) (перевести после расчета в м/мин) — скорость бурения первого метра шпура или скважины ударно-вращательными установками

,

где А—энергия удара перфоратора, Дж;

п—частота ударов, Гц;

d—диаметр шпура, мм;

f—коэффициент крепости пород.

Теоретическая скорость бурения шпуров ударно-вращательной установкой (м/ч)

.

Техническая скорость бурения (м/ч) шпуров

,

где k_г — коэффициент готовности 0,9;

R— число бурильных машин на установке;

k_o — коэффициент од­новременности, k_о= 1; 0,8; 0,7 при числе бу­рильных машин соответственно 1; 2; 3;

u_н— начальная механиче­ская скорость бурения шпуров, м/мин;

u_ох — скорость обратного хода бурильной головки, 16 (12-24) м/мин;

Тз—время замены резца (ко­ронки), 2 мин;

В— стойкость резца (коронки) на одну заточку, м;

Т_н— время наведения бурильной машины с одного шпура на другой, 1 мин;

Т_зб— время забуривания шпура (скважины), 2 мин;

L—глубина шпура, м.

Стойкость резца (коронки) на одну заточку, м;

;

где q_шт – расход коронок на 1000м шпуров, кг (табл.1);

Здесь a—декремент затухания энергии силового импульса. Его величина зависит от глубины шпура или скважины, типа перфора­тора. Для перфоратора с геликоидальной парой величина декре­мента a наибольшая.

Перфораторы с независимым вращением и большой массой поршня имеют a наименьшие.

Тип перфоратора .....ПП54В ВВС-53 ПК60А ПК75А URA-475 ГП-3

Декремент затухания a . . 0,24 0,062 0,05 0,04 0,03 0,02

Эксплуатационная производительность (м/смену) подсчитыва­ется исходя из длительности смены, затрат времени на подгото­вительно-заключительные операции и простои по организацион­ным причинам:

,

где Тсм—длительность смены, мин;

Тпз—время на подготови­тельно-заключительные операции, 20…40мин;

Ton—время организаци­онных простоев, 30 мин;

Тп—время перегона установки, 20…30 мин;

т—число шпуров в забое.

Расход материалов на бурение шпуров в смену

Расход буровых штанг, кг Q_шт=

Расход коронок, штN_кор =

Расход воздуха, м³/смену Q_возд=

где q_шт- расход буровых штанг на 1000м шпуров, кг (табл.2);

n_кор - расход коронок на 1000м шпуров, шт (табл.2);

q_перф – нормативный расход воздуха перфоратором, м³/с; (табл.1 приложения);

Т_раб – время работы перфоратора в смену, мин.

Таблица 1. Расход коронок буровой стали и сжатого воз­духа для пород различной крепости на1000 м шпуров при ударно-вращательном бурении.

Коэффициент крепости пород	6-8	8-10	10-12	12-14	14-16	16-18	18-20
Число коронок при диа­метре шпура:
40мм
43мм
46мм
Масса буровых штанг, кг
Объем сжатого воздуха, м3

Задание 3.Эксплуатационный расчет буровых станков с перфораторами.

Задание: Определить техническую скорость бурения, теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность шахтного бурового станка. Расход материалов, воды, сжатого воздуха на смену.

Построить графики зависимости: 1) начальной механической скорости бурения от крепости пород, 2) механической скорости бурения от глубины скважины

№ вар.	Тип бурового станка	Коэфф. крепости пород	Диаметр скважины D , мм	Глубина скважин L, м	Кол-во скважин в веере, m
1.	ПБУ-80М
2.	СБ-1П
3.	СБУ-55/85
4.	КБУ-50М
5.	КБУ-80
6.	ПБУ-80М
7.	СБ-1П
8.	СБУ-55/85
9.	КБУ-50М
10.	КБУ-80
11.	ПБУ-80М
12.	СБ-1П
13.	СБУ-55/85
14.	КБУ-50М
15.	КБУ-80
16.	ПБУ-80М
17.	СБ-1П
18.	СБУ-55/85
19.	КБУ-50М
20.	КБУ-80
21.	ПБУ-80М
22.	СБ-1П
23.	СБУ-55/85
24.	КБУ-50М
25.	КБУ-80
26.	ПБУ-80М
27.	СБ-1П
28.	СБУ-55/85
29.	КБУ-50М
30.	КБУ-80
31.	ПБУ-80М
32.	СБ-1П

При ударно-вращательном бурении перфораторами с незави­симым вращением бура оптимальная частота вращения (с^-1) бу­рового инструмента

п_вр = 145/d,

где d—диаметр скважины, мм.

Формула справедлива при 35<d<80 мм.

Практика показывает, что пневматические бурильные головки ударно-вращательного действия целесообразно эксплуатировать на повышенном давлении сжатого воздуха (0,6—0,7 МПа). Увеличе­ние давления на 0,1 МПа позволяет увеличить механическую ско­рость бурения на 20 %.

Начальная механическая скорость бурения (мм/с) (перевести после расчета в м/мин) — скорость бурения первого метра скважины ударно-вращательными установками

,

где А—энергия удара перфоратора, Дж;

п—частота ударов, Гц;

d—диаметр скважины, мм;

f—коэффициент крепости пород.

При бурении перфораторами глубоких взрывных скважин необходимо учитывать уменьшение скорости бурения с глубиной скважины и время на производство спускоподъемных операций.

Механическая скорость бурения u (м/мин) перфоратором на глубине скважины Lнаходится по формуле

где u₀ - начальная механическая скорость бурения, м/мин;

a - показатель потери скорости бурения с глубиной скважины, идентичендекременту затухания энергии силового импульса;

L - глубина скважины на которой ведется бурение, м.

Перфораторы с независимым вращением и большой массой поршня имеют a наименьшие.

Тип перфоратора .....ПП54В ВВС-53 ПК60А ПК75А URA-475 ГП-3

Декремент затухания a . . 0,24 0,062 0,05 0,04 0,03 0,02

Средняя скорость бурения скважины на интервале 0 - L:

,

Время бурения скважины до глубины L

,

Время бурения 1 м скважины до глубины L

.

Бурение скважин мощными колонковыми перфораторами сопровождается производством вспомогательных операций, таких, как свинчивание и развинчивание бурового става, замена долота, забуривание скважины, установка податчика на новую скважину.

Теоретическая скорость бурения скважин буровым станком

.

Техническая скорость бурения (м/ч) скважин буровым станком

,

где k_г — коэффициент готовности 0,9;

R— число бурильных машин на установке;

ko — коэффициент од­новременности, k_о= 1; 0,8; 0,7 при числе бу­рильных машин соответственно 1; 2; 3.;

u₀— начальная механиче­ская скорость бурения скважины, м/мин;

a - показатель потери скорости бурения с глубиной скважины, идентичендекременту затухания энергии силового импульса;

L - глубина скважины, м.

Тз—время замены долота, 4,2 мин;

В—стойкость долота на одну заточку (около 5 заточек на коронку), м;

t_н, t_р - время навинчивания или развинчивания одной штанги, 2 мин;

l – длина буровой штанги, м;

Тнп—время наведения бурильной машины с одной скважины на другую, 5…12 мин;

Тзб— время забуривания скважины, 2 мин;

Коэффициент готовности

где Т—наработка на отказ;

Тв—время восстановления отказа.

Эксплуатационная производительность (м/смену) бурения скважин буровым станком будет зависеть от времени на перегонку станка на новый веер и от простоев по организационным причинам

,

где Тсм—длительность смены, мин;

Тпз—время на подготови­тельно-заключительные операции, 40мин;

Ton—время организаци­онных простоев, 30 мин;

Тп—время перегона установки, 30…165 мин;

m – число скважин в веере.

Расход бурового инструмента и материалов на 1000 м скважин приведены ниже.

Коэффициент крепости пород	10-12	12-14	14-16
Крестовые коронки, шт:
диаметром 56мм
диаметром 65мм
Буровые штанги (длина 1000 мм) шт:
диаметром 32 мм
диаметром 38 мм
Соединительные муфты, шт
Хвостовики, шт
Сжатого воздуха, м3
Вода, м3

Задание 4. Эксплуатационный расчет буровых станков с погружными пневмоударниками

Задание: Определить начальную скорость бурения, теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность бурового станка с пневмоударником. Расход материалов, воды, сжатого воздуха на бурение скважи.

Построить графики зависимости: 1) механической скорости бурения от глубины скважины; 2) технической производительности от стойкости долота на одну заточку

№ вар.	Тип станка	Тип пневмоударника	Коэфф. крепости пород	Глубина скважины L, м	Кол-во скважин, m
1.	НКР-100МА	ПП-105-2.4
2.	НКР-100МВА	ПП-105-2.4
3.	НКР-100МПА	ПП-105-2.4
4.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.4
5.	НКР-100МА	ПП-105-2.2
6.	НКР-100МВА	ПП-105-2.2
7.	НКР-100МПА	ПП-105-2.2
8.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.2
9.	НКР-100МА	ПП-105-2.4
10.	НКР-100МВА	ПП-105-2.4
11.	НКР-100МПА	ПП-105-2.4
12.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.4
13.	НКР-100МА	ПП-105-2.2
14.	НКР-100МВА	ПП-105-2.2
15.	НКР-100МПА	ПП-105-2.2
16.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.2
17.	НКР-100МА	ПП-105-2.4
18.	НКР-100МВА	ПП-105-2.4
19.	НКР-100МПА	ПП-105-2.4
20.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.4
21.	НКР-100МА	ПП-105-2.2
22.	НКР-100МВА	ПП-105-2.2
23.	НКР-100МПА	ПП-105-2.2
24.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.2
25.	НКР-100МА	ПП-105-2.4
26.	НКР-100МВА	ПП-105-2.4
27.	НКР-100МПА	ПП-105-2.4
28.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.4
29.	НКР-100МА	ПП-105-2.2
30.	НКР-100МВА	ПП-105-2.2
31.	НКР-100МПА	ПП-105-2.2
32.	НКР-100МПВА	ПП-105-2.2

Производительность буровых станков с погружными пневмоударниками определяется механи­ческой скоростью бурения бурильной машины, затратами времени на спуско-подъемные операции, стойкостью долота, числом скважин, временем, затрачиваемым на перестановку станка.

Начальную механическую скорость бурения скважин с пневмоударниками (мм/с) (после расчета перевести м/мин) можно определить по формуле

,

гдеА – энергия удара, Дж;

n – частота ударов, с^-1;

d – диаметр долота, мм;

f- коэффициент крепости пород.

Механическая скорость бурения пневмоударниками на заданной глубине скважины L, м/мин

.

где β – коэффициент падения скорости бурения с глубиной скважины; β=0.0004 мин^-1;

L – глубина скважины, м.

Средняя скорость бурения скважин до их глубины L, м/мин

.

Время бурения скважины, мин

.

Время бурения 1 м скважины, мин/м

.

Теоретическая производительность станка (м/ч)

.

Техническая производительность, м/ч

,

где К_г –коэфф. готовности станка 0.9;

β – коэффициент падения скорости бурения с глубиной скважины; β=0.0004 мин^-1;

u₀— начальная механиче­ская скорость бурения скважины, м/мин;

L - глубина скважины, м.

t_н - время навинчивания одной штанги, (0,5…1) 2 мин;

t_Р - время развинчивания одной штанги, (0,9…1,6) 2 мин;

l – длина буровой штанги, м;

T_З - время замены долота, (1..5) 16 мин;

В – стойкость долота на одну заточку, м;

T_нп - время наведения станка на скважину, (2…6) 10…30 мин;

T_зб - время забуривания скважины, (0,5…1,5) 3 мин.

Эксплуатационная производительность станка:

где T_см - время длительность смены, мин;

T_пз - время на подготовительно-заключительные операции, (10..25) 20…30 мин;

T_оп - время организационных простоев, (30) 10 мин;

T_п - время перемещения станка с одного веера (скважины при параллельном их расположении) на другой, 20..110 мин,

m - число скважин в веере.