Выбор, расчет и обоснование буровых и выемочно-погрузочных работ

 

Долото (табл. 2):

 

III161-ОК-ПВ; схема опоры – Р-Ш-Ш; диаметр долота – 161 мм.

 

Таблица 2 – Шарошечные долота для горнорудной промышленности

Долото	Схема опоры	Стадии освоения
III98,4ОК	Ш-Ш-С	Серийное производство
III112ОКПВ	Ш-Ш-С	Серийное производство
III146Т-ПВ	Р-Ш-Ш	Освоение производства
III146-ОК-ПВ	Р-Ш-Ш	Серийное производство
III161Т-ПВ	Р-Ш-Ш	Серийное производство
III161-ОК-ПВ	Р-Ш-Ш	Серийное производство
III215,9М-ПГВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III215,9МЗ-ПГВ	Р-Ш-Р	Освоение производства
III215,9Т-ПВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III215,9ТЗ-ПВ	Р-Ш-Р	Освоение производства
III215,9ТКЗ-ПВ	Р-Ш-Р	Освоение производства
III215,9К-ПВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III215,9ОК-ПВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III244,5Т-ПВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III244,5ТЗ-ПВ	Р-Ш-Р	Освоение производства
III244,5К-ПВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III124,5ОК-ПВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III244,5ОК-ПВ-З	Р-Ш-УПО-Р	Серийное производство
III269,9Т-ПГВ	Р-Ш-УПО-Р	Освоение производства
III269,9ТЗ-ПГВ	Р-Ш-УПО-Р	Серийное производство

Окончание таблицы 2

III269,9ОК-ПВ	Р-Ш-Р	Серийное производство
III320Т-ПГВ	Р-Ш-Р-УПС	Серийное производство
III320ТЗ-ПГВ	Р-Ш-Р-УПС	Серийное производство
III320ОК-ПВ	Р-Ш-Р-УПС	Серийное производство

 

Рациональное осевое усилие на шарошечное долото можно определить по формуле:

 

Р_ос = ∙ К ∙ f ∙ d = ∙ 7 ∙ 16 ∙ 161 = 180 кН,       (2)

 

где  К = 6–8;

       f – коэффициент крепости породы;

       d – диаметр долота, мм.

 

Определяем техническую (механическую) скорость шарошечного бурения по формуле:

 

υ = = = 0,195 м/мин,       (3)

 

где  Р_ос – осевая нагрузка на долото, кН;

       ω –  частота вращения долота, с^-1 (табл. 3);

       К_фш – коэффициент формы зубьев шарошечного долота (для типа ОК –

К_фш = 1; К – К_фш = 1,3; ТЗ – К_фш = 2,25; Т – К_фш = 2,3; МЗ – К_фш = 2,5; М –

К_фш = 3).

 

Таблица 3 – Параметры  режимов бурения шарошечными  долотами

Диаметр долота, мм	Наружный диаметр штанг, мм	Нагрузка на долото, кН		Частота вращения долота, с-1		Расход сжатого воздуха, м3/с
		М, Т	ТЗ, К, ОК	М, Т	ТЗ, ТЗК, ОК, К
161	127	100–130	130–150	2,5–1,67	2–1	0,2–0,25
215,9	180	140–180	160–200	2,5–1,33	2–1	0,37–0,42
244,5	203; 215	180–220	180–250	2,5–1,33	2–1	0,42–0,53
269,9	219	200–270	250–300	2,5–1,33	2–1	0,58–0,67
320	273	300–350	350–500	2,5–1,33	2–1	0,83–1

 

Углубление долота на глубину  h можно определить по формуле:

 

h = = = 0,144 см,          (4)

 

где  υ – скорость бурения, см/мин;

       К_ск – коэффициент, учитывающий уменьшение υ из-за неполного скалывания породы между зубьями (К_ск = 0,5);

       Z_ш – число шарошек на долоте (Z_ш = 3);

       ω – частота вращения долота, об/мин.

 

Преодолеваемое вращателем сопротивление от сжимающих и скалывающих усилий при перекатывании шарошек:

 

Р_Z = h ∙ ∙ σ_бур ∙ Z_ш ∙ = 0,144 ∙ ∙ 1620 ∙ ∙ 3 ∙ =

(5)

= 56337 Н,

 

где  h – внедрение долота, см;

       d – диаметр долота, см;

       σ_бур – прочность породы при бурении, Па (табл. 4).

 

Таблица 4 – Характеристики горных пород по буримости

Породы	Плотность породы в целике, т/м3	Коэффи–циент крепости f	Предел прочности  σ ∙ 105, Па		Среднее значение прочности  породы при бурении  σб ∙ 105, Па
			на сжатие σсж	на скол σск
Мел, каменная соль, гипс, обыкновенный мергель, каменный уголь	2,28–2,65	2–4	340–800	24–230	182–515
Обыкновенный песчаник, конгломераты, плотный мергель, известняки	2,65–2,72	4–6	800–1000	230–250	515–625
Железные руды, песчаные сланцы, сланцевые песчаники, крепкие песчаники	2,72–2,84	6–10	1000–1400	250–320	625–860
Гранит, мрамор, доломит, колчедан, порфиры	2,84–2,89	10–12	1400–1800	320–440	860–1120
Плотный гранит, роговик	2,89–2,95	12–14	1800–2430	440–500	1120–1465

 

 

Окончание таблицы 4

Очень крепкий гранит, кварциты, самые крепкие песчаники и  известняки, роговики	2,95–3,00	14–16	2430–2720	500–520	1465–1620
Базальты, диабазы, исключительные по крепости породы	3,00–3,21	16–20	2720–3430	520–530	1620–1980

 

Момент, необходимый для  вращения долота и става штанг, находим  по формуле:

 

М_ш = Р_Z ∙ ∙ К_тр ∙ = 56337 ∙ ∙ 1,12 ∙ = 3386 Н∙м,     (6)

 

где  К_тр – коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шарошек и бурового става о стенки скважины (К_тр = 1,12).

 

Определяем мощность двигателя  для привода вращателя:

 

N_вр = ∙ = ∙ = 49 кВт,         (7)

 

где  ω – угловая  скорость долота, рад/с;

       η_мех – КПД механизма вращателя (η_мех = 0,65).

 

Рассчитываем мощность привода  механизма подачи:

 

N_П = = = 47 кВт,           (8)

 

где  Р_ос – осевая нагрузка на долото, кН;

       υ_П – скорость подачи,

 

υ_П = 0,5 ∙ h ∙ ∙ 3 = 0,5 ∙ 0,00144 ∙ ∙ 3 = 0,184 м/с,        (9)

 

где  h – углубление долота, м;

      

        η_П – КПД механизма подачи (η_П = 0,65–0,75).

1.1.2. Расчет эксплуатационных  показателей буровых станков

 

Сменную производительность бурового станка определяем по формуле:

 

Q_см = = = 54 м,                 (10)

 

где  К – коэффициент эффективного использования станка в течение смены

(К = 0,7–0,9);

       Т_с – продолжительность рабочей смены, с;

       υ –  техническая (механическая) скорость  бурения, м/с;

       t_в – время, затрачиваемое на вспомогательные операции и отнесенное к единице длины скважины, с/м (t_в = 90 с/м).

 

Теперь определяем годовую  производительность станка:

 

Q_год = (Т_к – Т_в – Т_кл – Т_рем – Т_п) ∙ n_см ∙ Q_см =

         (11)

= (365 – 54 – 50 – 40 – 30) ∙ 3 ∙ 54 = 30942 м,

 

где  Т_к – календарное количество дней в году;

       Т_в – количество выходных дней в году;

       Т_кл – количество дней простоя по климатическим причинам;

       Т_рем – количество дней на планово-предупредительный ремонт;

       Т_п – количество праздничных дней в году;

       n_см – количество смен в сутки.

 

Рабочий парк буровых станков:

 

N_бс = = = 10,8 (принимаем 11 станков),      (12)

 

где  А_гм – годовая производительность карьера по горной массе,

 

А_гм = А_пи ∙ К_в = 12 ∙ 10⁶ ∙ 2,1 = 25,2 ∙ 10⁶ т;                 (13)

 

        φ  – выход горной массы с 1 м скважины,

 

φ = = = 32,7 м³,     (14)

 

где  W – линия сопротивления по подошве,

 

W = ∙ К_в ∙ d_c ∙ = ∙ 1,1 ∙ 0,1771 ∙ = 6,3 м,       (15)

 

где  β – угол наклона  скважины, град (β = );

       К_в – коэффициент, учитывающий взрываемость пород в массиве (табл. 5);

      d_с – диаметр скважины,

 

d_с = К_р.с. ∙ d_д = 1,1 ∙ 0,161 = 0,1771 м,               (16)

 

где  К_р.с. – коэффициент расширения скважины при бурении (К_р.с. = 1,05–1,2);

       d_д – диаметр долота, м;

 

      Δ – плотность  заряжания ВВ в скважине, кг/м³ (табл. 6);

      m – коэффициент сближения зарядов (табл. 5);

      γ – плотность  породы, кг/м³;

      К_вв – переводной коэффициент от аммонита №6ЖВ к принятому ВВ

(табл. 6);

 

       b – расстояние между рядами скважин (b = a, т.к. квадратная сетка скважин);

       n_р – число рядов скважин (табл. 7);

       а –  расстояние между скважинами  в ряду,

 

а = m ∙ W = 1 ∙ 6,3 = 6,3 м;                   (17)

 

       L_с – длина скважины,

 

L_с = = = 23,1 м,                   (18)

 

где  l_п – длина перебура,

 

l_п = (0,1–0,25) ∙ Н_у = 0,21 ∙ 19 = 4 м.                 (19)

 

Таблица 5 – Коэффициенты для расчета параметров скважинных зарядов

Наименование	Породы
	легко-взрываемые	средне-взрываемые	трудно-взрываемые
Коэффициент сближения зарядов, m	1,1–1,2	1,0–1,1	0,85–1,0
Коэффициент,  учитывающий  взрываемость пород, Кв	1,2	1,1	1,0
Коэффициент, зависящий от взрываемости пород, К	5–6	3–4	1,5–2,5

 

Таблица 6 – Характеристика ВВ

ТипВВ	Плотность ВВ, г/см3	Переводной коэффициент  Квв
Акватол Т-20	1,25-1,3	1,28
Алюмотол	0,95-1,0	0,84
Гранулит С-6М	1,0-1,05	1,11
Гранулит АС-4	0,85-0,9	0,98
Гранулш- АС-4В	0,8-0,85	0,98
Гранулит М	0,78-0,82	1,13
Гранулотол	0,9-0,95	1,2
Граммонит 50/50	0,85-0,9	1,01
Граммонит 30/70	0,85-0,9	1,17
Граммонит 79/21	0,8-0,85	1,0
Игданит	0,8-0,9	1,11
Ифзанит Т-20	1,25-1,3	1,28
Карбатол 15Т	1,4-1,5	1,12
Карбатол ГЛ-10В	1,55-1,6	0,8
Аммонит №-6ЖВ	0,85-0,9	1,0
То же в полиэтиленовых патронах	1,0-1,2	1,0
Акванал А-10	1,4-1,45	1,06
Акванал ГЛА-20	1,5-1,58	0,8
Аммонал скальный № 3	1,0-1,1	0,84
Гранитол 1	0,9-0,95	1,16