Обоснование параметров водоструйной бурильной машины с встроенным преобразователем давления

• Автор: Антипов, Юрий Васильевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Водоструйное бурение горных пород и его практическое использование
1.2. Анализ результатов экспериментальных исследований процесса водоструйного разрушения горных пород
1.3. Анализ существующих схем компоновки оборудования для водоструйного бурения
1.4. Водоструйная бурильная машина с встроенным преобразователем давления
1.5. Анализ существующих конструкций уплотнений высокого давления
1.5.1. Контактные уплотнения
1.5.2. Бесконтактные уплотнения
1.6. Цель и задачи исследований
2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОДОСТРУЙНОГО БУРЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
2.1. Факторы и показатели, определяющие и характеризующие процесс водоструйного бурения горных пород
2.2. Общие положения методики
2.3. Стендовая база и измерительная аппаратура
2.4. Характеристика пород и инструмента
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ, ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОДОСТРУЙНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ
3.1. Влияние частоты вращения водоструйного инструмента на диаметр пробуриваемого шпура в горных породах
3.2. Влияние гидравлических параметров инструмента на показатели процесса водоструйного бурения
3.3. Анализ и обобщение экспериментальных данных и разработка метода расчета эффективности процесса водоструйного бурения

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА БЕСКОНТАКТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
4Л. Общие положения
4.1 Л. Построение схемы работы уплотнения 4.1.2. Расчётная модель работы уплотнения
4.2. Построение теоретических эпюр падения давления по длине уплотнения и расчет утечек рабочей жидкости
4.2.1. Оценка влияния рабочих зазоров гильза-плунжер и гильза корпус на работоспособность уплотнения
4.2.2. Оценка влияния расстояний между гребешками гильзы на работоспособность уплотнения
4.2.3. Оценка работы гильзы гладкой и гребешковой конструкции
4.2.4. Оценка влияния жесткости корпуса на работоспособность уплотнения
4.3. Экспериментальная проверка адекватности принятой расчётной модели
4.4. Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований
5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВОДОСТРУЙНОЙ БУРИЛЬНОЙ МАШИНЫ С ВСТРОЕННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДАВЛЕНИЯ
5.1. Методика расчета основных характеристик водоструйных бурильных машин с встроенным преобразователем давления для бурения шпуров в углях и горных породах
5.1.1. Определение основных параметров процесса водоструйного бурения
5.1.2. Определение основных параметров гидромультипликатора встроенного преобразователя давления
5.2. Расчет параметров водоструйной бурильной машины с встроенным преобразователем давления для бурения шпуров в крепких горных породах (г>сж = 100 МПа)
5.2.1. Определение параметров процесса водоструйного бурения
5.2.2, Определение основных параметров встроенного преобразователя
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖ ЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Использование высоконапорных водяных струй в качестве породоразрушающего инструмента, в том числе и при бурении, является на сегодняшний день одним из перспективных направлений развития техники и технологий разрушения угля и горных пород [1]. Способность струй осуществлять работу по резанию даже крепких пород, не вызывая при этом в последних термических напряжений, и высокая скорость резания при отсутствии на инструменте реакции забоя делают их привлекательными с точки зрения реализации в конструкциях породоразрушающих органов горных машин [2 - 4]. Кроме того, повышение безопасности работ в шахтах опасных по газу, а также снижение трудоемкости вспомогательных операций в очистном и проходческом забоях (бурение шпуров для дегазации угольных пластов, анкерования и т.д. ) связывают с внедрением технологии водоструйного бурения угля и пород [5, 6]. Существующий опыт применения водоструйных бурильных машин вращательного действия (сверл) определил эффективность такой техники на породах мягких и средней крепости. Однако для расширения области её применения на более крепкие породы необходимо обеспечить повышение давления воды до 400 МПа [1,5, 61.
В связи с этим, автором совместно с фирмой «НИТЕП» и Тульским государственным университетом был предложен вариант конструкции бурильной машины, в которой в качестве источника воды высокого давления используется преобразователь давления мультипликаторного типа, встроенный в привод буровой штанги [7-9]. Однако неполнота исследований по изучению влияния гидравлических и режимных характеристик инструмента на показатели процесса бурения, а также отсутствие обоснованных методов расчета элементов высоконапорного оборудования сдерживают практическое использование такой техники и определяют актуальность работы.

Таким образом, анализ возможных вариантов
комплектования комплекса оборудования для водоструйного бурения и его компоновка по традиционной схеме осуществима, в основном за счет использования оборудования зарубежного производства. Однако, отсутствие обоснованных рекомендаций по подбору оборудования и соответствующих режимов процесса бурения делает эту задачу практически трудно осуществимой.
Ещё одним недостатком традиционной схемы компоновки является наличие протяженного рукава высокого давления, который в условиях шахты является элементом ненадежности и требует осуществления дополнительных мероприятий по защите его от механических повреждений. Кроме того, известно, что при использовании рукавов высокого давления велики потери гидравлической мощности по длине рукава, что приводит к необходимости использовать в комплекте оборудование большей мощности и осложняет процедуру подбора оборудования [53].
Другим серьезным недостатком традиционной схемы компоновки является тот факт, что в процессе эксплуатации источник воды высокого давления размещается на некотором удалении от технологического инструмента и оператор не имеет возможности непосредственно управлять его работой; увеличивается зона, в которой работает аппаратура высокого давления, являющаяся источником повышенной опасности.
1.4. Бурильная машина с встроенным преобразователем давления
С учетом анализа опыта создания оборудования для реализации водоструйных технологий разрушения горных пород, в 1998 году коллективом ученых и специалистов фирмы «НИТЕП» и Тульского государственного университета, при участии автора разработана схема водоструйной бурильной машины, основной отличительной особенностью которой является размещение блока преобразователя давления в приводе бурового инструмента (рис. 1. 10).