Обоснование конструкции и параметров устройства для регулирования потока воздуха в погружных пневмоударниках станков шарошечного бурения

Многие карьеры РФ расположены в труднодоступной местности с тяжелыми климатическими и горно-геологическими условиями. Также массивы разрабатываемых пород часто бывают весьма переменными по крепости и трещиноватости, поэтому для увеличения скорости бурения могут использоваться буровые станки с погружными пневмоударниками (ППУ) для бурения. В статье рассматриваются вопросы о совершенствовании бурения взрывных скважин станком шарошечного бурения с погружным пневмоударником. Предлагается модернизированный погружной пневмоударник с воздушной заслонкой, через которую проходит регулируемый поток воздуха. Приведены результаты лабораторных исследований по определению потерь давления на воздушной задвижке; теоретически показано, что регулирование потока воздуха, поступающего в пневмоударник, может снижаться в заданном диапазоне с помощью открытия или закрытия воздушной задвижки. Увеличение скорости бурения самоходного оборудования путем использования погружных пневмоударников над шарошечным долотом позволит снизить себестоимость бурения. В рамках исследования была разработана усовершенствованная буровая установка с забойным молотком, управляемым радиоприемником. Для обоснования направлений модернизации буровой техники был сделан структурный, или морфологический, анализ. Был сделан расчет, который выполнялся в программе Ansys Discovery R2. Моделировалась статическая осевая нагрузка на шарошку.

Юнгмейстер Д. А., Гасымов Э. Э., Исаев А. И. Обоснование конструкции и параметров устройства для регулирования потока воздуха в погружных пневмоударниках станков шарошечного бурения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6−2. — С. 251—267. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_251.

Юнгмейстер Дмитрий Алексеевич — докт. техн. наук, профессор кафедры машиностроения, https://orcid.org/0000-0001-7858-8340, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В. О., д. 2, Россия, e-mail: iungmeister@ yandex.ru;
Гасымов Эмиль Эльчин оглы — аспирант кафедры машиностроения, https://orcid. org/0000-0003-3361-2452, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, СанктПетербург, 21-я линия В. О., д. 2, Россия, e-mail:azayli.emil@gmail.com;
Исаев Алексей Игоревич — канд. техн. наук, доцент кафедры начертательной геометрии и графики, https://orcid.org/0000-0003-2246-8440, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В. О., д. 2, Россия, e-mail:isayev_ AI@pers.spmi.ru.

Гасымов Эмиль Эльчин оглы, e-mail:azayli.emil@gmail.com.

1. Репин А. А., Смоляницкий Б. Н., Алексеев С. Е., Попелюх А. И., Тимонин В. В., Карпов В. Н. Погружные пневмоударники высокого давления для открытых горных работ // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 5. — С. 157–167.

2. Jungmeister D. A., Gasimov E. E. Drilling rig with a downhole hammer for regulating drilling speed by changing air flow // E3S Web of Conferences. 2021, vol. 326, 00018. DOI:0.1051/e3sconf/202132600018.

3. Iungmeister D. A., Korolev R. I., Karlov V. A. Improvement of shock system of hydraulic drill to increase drilling intensification // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2018, vol. 194 (3), 032006. DOI: 10.1088/1755−1315/194/3/032006.

4. Кузиев Д. А., Пятова И. Ю., Клементьева И. Н., Пихторинский Д. Алгоритм определения максимальной мощности привода подачи карьерного бурового станка // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2019. — № 1. — С. 128–133. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01−0-128−133.

5. Хруцкий А. А., Ощепков В. С. Компьютерное моделирование рабочего процесса погружного пневмоударника П-110 // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 7. — С. 131–138. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-7-0-131-138.

6. Сухов Р. И., Болкисев В. С., Реготунов А. С. Выбор направлений совершенствования отечественной буровой техники для проходки взрывных скважин // Горное оборудование и электромеханика. — 2014. — № 5. — С. 46–48.

7. Ataei M., KaKaie R., Ghavidel M., Saeidi O. Drilling rate prediction of an open pit mine using the rock mass drillability index // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015, vol. 73, pp. 130–138. DOI:10.1016/j.ijrmms.2014.08.006.

8. Heshamudin N. S., Katende A., Rashid H. A., Ismail I., Sagala F., Samsuri A. Experimental study of the effect of drill pipe rotation on improving well cleaning using water-based drilling mud enriched with polypropylene beads in vertical and horizontal boreholes // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019, vol. 179, pp. 1173–1185. DOI:10.1016/j.petrol.2019.04.086.

9. Guo Z., Liang Z. Analysis of the pipeline discharge load during horizontal directional drilling // KSCE Journal of Civil Engineering. 2018, vol. 22, pp. 5133−5142. DOI:10.1007/ s12205-018-0481-0.

10. Vardhan A., Kumar A., Dasgupta K. The influence of various parameters on the drilling performance of blast wells // Journal of Mines, Metals and fuels. 2017, vol. 65, no. 2, pp. 49–54. DOI:10.1088/1757−899X/734/1/012045.

11. Курочкин Б. М. Анализ вопроса интенсификации процесса бурения скважин долотами типа РДС через интервалы с труднобуримыми породами с использованием турбобура со струйным насосом // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2011. — № 2. — С. 6–14.

12. Sun Yu., Shi Yu., Wang K., Yao Z. Investigation of the speed characteristics of the hydraulic top drive under varying load // Journal of Petroleum Science and Technology. 2018, vol. 167, pp. 277–286. DOI:10.1016/j.petrol.2018.04.003.

13. Ветюков М. М., Юнгмейстер Д. А. Расчет продольной устойчивости вращающегося бурового става // Горные машины и автоматика. — 2004. — № 8. — С. 46–48.

14. Сабитов А. Э., Исаев А. И., Юнгмейстер Д. А., Уразбахтин Р. Ю. Обоснование компоновки и параметров перфораторов-ударников для исполнительных органов проходческих комбайнов // Горное оборудование и электромеханика. — 2016. — № 4. — С. 17–22.

15. Юнгмейстер Д. А., Игнатьев С. А., Соколова Г. В., Пивнев В. А., Непран М. Ю. Иследование конструкции устройства для бурения скважин плоского сечения в подземных выработках // Горное оборудование и электромеханика. — 2011. — № 6. — С. 42–43.

16. Жуков И. А., Смоляницкий Б. Н., Тимонин В. В. Повышение производительности погружных пневмоударников на основе оптимизации формы соударяющихся деталей // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2018. — Т. 54. — № 2. — С. 212–217.

17. Zhukov I. A., Repin A. A., Tmofeev E. G. Automated calculation and analysis of impacts generated in mining machine by anvil blocks of complex geometry // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering // IOP Publishing. 2018, vol. 12071, no. 134, 012071. DOI:10.1088/1755−1315/134/1/012071.

18. Zhukov I. A., Dvornikov L. T., Nikitenko S. M. On the creation of machines for the destruction of rocks with the formation of holes of various cross-sections // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering // IOP Publishing. 2016, no. 124, 012171. DOI:1 0.1088/1757−899X/124/1/012171.

19. Болобов В. И., Ле Т. Б., Плащинский В. A. О распространении трещины разрушения по горной породе при ударе // Обогащение руд. — 2019. — № 6. — С. 3–8. DOI:10.17580/or.2019.06.01.

20. Bolobov V. I., Chupin S. A., Bochkov V. S., Mishin I. I. Increasing the service life of rock-crushing cutters by increasing the wear resistance of their holders by thermomechanical treatment // Mining Journal. 2019, no. 5, pp. 67–71. DOI:10.17580/gzh.2019.05.13.

21. Жуков И. А., Смоляницкий Б. Н., Тимонин В. В. Повышение эффективности забойного пневмоударника за счет оптимизации форм сталкивающихся деталей // Горный научный журнал. — 2018. — Т. 54. — № 2. — С. 212–217. DOI:10.1134/ S1062739118023569.

22. Bolobov V., Chupin S., Le T. B. On the wear intensity ratio of a striker under dynamic and static conditions // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science // IOP Publishing. 2020, vol. 459, no. 6, 062085. DOI:10.1088/1755−1315/459/6/062085.

23. Dvoynikov M., Kunshin A., Blinov P., Morozov V. Development of mathematical model for controlling drilling parameters with screw downhole motor // International Engineering Journal. 2020, vol. 33, no. 7, pp. 1423–1430. DOI:10.5829/ije.2020.33.07a.30.

24. Dvoynikov M. V., Nutskova M. V., Blinov P. A. Developments made in the field of drilling fluids by Saint Petersburg Mining University // International Engineering Journal. 2020, vol. 33, no. 4, pp. 702–711. DOI: 10.5829/ije.2020.33.04a.22.

25. Yungmeister D. A., Korolev R. I., Yacheikin A. I., Isaev A. I. Choice of materials and justification of the parameters for the over-bit hammer // Journal of Physics Conference Series. 2020, vol. 1582 (1), 012097. DOI: 10.1088/1742−6596/1582/1/012097.