Методическое указание для выполнения практической работы по МДК.01.03 для специальности 21.02.15

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
6413522670Акъярский горный колледж имени И. Тасимова
МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ
для выполнения практической работы
на тему: «Расчёт параметров и производительности буровых станков
шарошечного и ударно-вращательного бурения»
по МДК.01.03 «Механизация и электроснабжение горных и взрывных работ» ПМ.01 «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ»
Специальность:
21.02.15 – «Открытые горные работы»
с. Акъяр, 2016 г.
Расчёт параметров и производительности буровых станков шарошечного и ударно-вращательного бурения. Методическое указание для выполнения практической работы по междисциплинарному курсу МДК.01.03 «Механизация и электроснабжение горных и взрывных работ» профессионального модуля ПМ 01 «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ» для студентов специальности 21.02.15 – «Открытые горные работы». Акъяр: АГКИТ, 2016. – 17 с.
Разработал:Ювшин М. А., преподаватель специальных дисциплин высшей категории, ГБПОУ Акъярский горный колледж имени И. Тасимова, горный инженер
Рецензенты:Ювшина М. А., преподаватель специальных дисциплин высшей категории, ГБПОУ Акъярский горный колледж имени И. Тасимова, горный инженер
Саитбаталов Р. Р., заместитель начальника ПТО по горным работам ЗАО «Бурибаевский ГОК»
Рассмотрено и одобрено на заседании предметной цикловой комиссии специальных дисциплин (ПЦК СД)
Протокол № _____ от «___»_________2016 г.
Руководитель ПЦК СД:
_______________ /М. А. Ювшин/
Утверждаю:
Зам. директора по УР:
_______________ Х.Х. Хайруллина
© ГБПОУ Акъярский горный
колледж имени И. Тасимова, 2016

АННОТАЦИЯ
В данных указаниях рассматриваются примеры расчёта параметров и производительности буровых станков шарошечного и ударно-вращательного бурения, применяемых на открытых горных работах. Приведены исходные данные (по вариантам для каждого студента), необходимые для выполнения соответствующего расчёта.
Методические указания предназначены для студентов третьего курса специальности 21.02.15 «Открытые горные работы» при изучении МДК.01.03 «Механизация и электроснабжение горных и взрывных работ» профессионального модуля ПМ.01 «Ведение технологических процессов горных и взрывных работ».

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие…………………………………...…………………………...….……..…4
Раздел I. Расчёт параметров и производительности буровых
станков шарошечного бурения……………………………………………………..….5
Глава 1. Определение режимов бурения и производительности
бурового станка…………………………………………………………….……5
Глава 2. Определение требуемого количества буровых станков
и построение графика зависимости показателей……………………………...6
Раздел II. Расчёт параметров и производительности буровых
станков ударно-вращательного бурения………………………………….……….....7
Глава 1. Определение скорости и времени бурения скважины………………………………………………………………………...7
Глава 2. Определение производительности бурового станка и построение графиков зависимости показателей………..…………………………………...7
Раздел III. Приложения……………………………………………………………..….9
Таблица 1. Исходные данные для выполнения расчёта буровых
станков шарошечного бурения………………………………………………....9
График 1. Зависимость оптимальной скорости вращения бурового става станков СБШ от показателя трудности бурения и диаметра долота………..11
Таблица 2. Значение коэффициента k в зависимости от показателя буримости горных пород ………………………………………………………………12
Таблица 3. Исходные данные для выполнения расчёта буровых
станков ударно-вращательного действия ………………………………….…13
Список литературы……………………………………………………………………15
Подрисуночные подписи……………………………………………………………..16

ПРЕДИСЛОВИЕ
Целью расчёта станков шарошечного бурения является определение следующих показателей:
Показателя трудности бурения горных пород.
Требуемой частоты вращения бурового става.
Требуемого осевого усилия на забой скважины.
Технической скорости бурения.
Сменной производительности бурового станка.
Суточной и годовой производительности бурового станка.
Списочного и рабочего парка буровых станков для всего карьера.
Итогом расчёта является проведение исследования зависимости технической скорости бурения станка от показателя трудности бурения горных пород и интерпретация полученных результатов в виде графической зависимости.
Целью расчёта станков ударно-вращательного бурения является определение следующих показателей:
Начальной механической скорости бурения.
Механической скорости бурения на определённой глубине скважины.
Средней скорости бурения скважины до определённой глубины.
Времени бурения скважины.
Среднего времени бурения 1 м скважины.
Теоретической производительности бурового станка.
Технической производительности бурового станка.
Эксплуатационной производительности бурового станка.
Итогом расчёта является проведение исследования зависимости теоретической производительности станка от энергии удара погружного пневмоударника, а также теоретической производительности станка от диаметра долота при неизменных остальных показателях, и интерпретация полученных результатов в виде графических зависимостей.

РАЗДЕЛ I. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУРОВЫХ СТАНКОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ
Глава 1. Определение режимов бурения и производительности бурового станка
1.1.1. По заданным величинам σсж, σсд и γ определяем показатель буримости горных пород:
Пб = 0,07·(σсж+σсд)+0,7·γ,
где σсж – предел прочности породы на сжатие, МПа; σсд – предел прочности породы на сдвиг, МПа; γ – плотность горных пород, т/м3.
1.1.2. В зависимости от показателя буримости пород Пб и заданного диаметра долота dд по рисунку 1 (Приложение) определяем частоту вращения бурового става nв (мин-1).
1.1.3. Далее рассчитываем необходимое осевое усилие (кН) на забой скважины по выражению:
Ро =k·Пб·dд,
где dд – диаметр долота, см; k – коэффициент, зависящий от показателя буримости (выбираем по таблице 2 Приложения).
1.1.4. Определяем техническую скорость бурения скважин, м/ч:
где Ро – осевое усилие, кН; nв – частота вращения бурового става, мин-1; Пб – показатель буримости пород; dд – диаметр долота, см.
1.1.5. Сменная производительность бурового станка (м/смену):

где Тсм – продолжительность смены, ч (по варианту задания табл. 1 Приложения); Тп.з – затраты времени на подготовительно-заключительные операции в течение смены, ч (по варианту задания табл. 1 Приложения); Тр – затраты времени на ремонты в течение смены, ч (по варианту задания табл. 1 Приложения); vб – техническая скорость бурения, м/ч.
1.1.6. Суточная производительность бурового станка (м/смену):

1.1.7. Годовая производительность бурового станка (м/год):

где nр.д.с – число рабочих дней станка в году (с учётом вычета времени: ремонтов, перемещений с участка на участок, остановок в работе по климатическим условиям и др.). Для станков СБШ nр.д.с = 230÷280 дней.
Глава 2. Определение требуемого количества буровых станков и построение графика зависимости показателей
1.2.1. Списочный парк буровых станков (шт):

где Vг.м – годовой объём обуриваемой горной массы, м3 (по варианту задания табл. 1 Приложения); qг.м – выход взорванной горной массы с 1 п. м скважины, м3/м (по варианту задания табл. 1 Приложения).
1.2.2. Рабочий парк буровых станков (шт):

где kрез – коэффициент резерва буровых станков.
1.2.3. Коэффициент резерва буровых станков определяется по формуле:

где Тг – число рабочих дней карьера в году (Тг – 350 дней); nр.д.с – число рабочих дней станка в году.
1.2.4. Исследовать зависимость технической скорости бурения (vб, м/ч) от показателя буримости горных пород (Пб). Для этого необходимо произвести расчёт vб для пяти значений Пб. За базовое значение принимается Пб, полученное при выполнении пункта расчёта 1.1. Шаг варьирования ΔПб = 0,5÷1,5. Два принятых значения Пб должны превышать базовое, а два быть меньше его. По полученным значениям строится график зависимости vб = f(Пб).
РАЗДЕЛ II. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУРОВЫХ СТАНКОВ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ
Глава 1. Определение скорости и времени бурения скважины
2.1.1. Начальная механическая скорость бурения (мм/с):

где А – энергия удара, Дж; n – частота ударов, с-1; d – диаметр долота, мм; f – коэффициент крепости пород (значения всех величин по табл. 3 Приложения).
2.1.2. Механическая скорость бурения на определённой глубине (мм/с):
v = vн – β·L ,где β – коэффициент падения скорости бурения при увеличении глубины скважины, м-1; L – глубина скважины, м.
2.1.3. Средняя скорость бурения скважины до глубины L (мм/с):


2.1.4. Время бурения скважины (мин):


2.1.5. Среднее время бурения 1 м скважины (мин/м):


Глава 2. Определение производительности бурового станка и построение графиков зависимости показателей
2.2.1. Теоретическая производительность станка (м/ч):



2.2.2. Техническая производительность станка (м/ч):


где kг = Т / (Т+Тв) – коэффициент готовности станка; Т – наработка на отказ, мин; Тв – время восстановления отказа, мин; В – стойкость долота на одну заточку, м; tн – время навинчивания одной штанги, мин; tр – время на развинчивание одной штанги, мин; Тз – время на замену долота, мин; Тн – время наведения буровой штанги на скважину, мин; Тзб – время на забуривание скважины, мин.
2.2.3. Эксплуатационная производительность станка (м/смену):


где Тсм – длительность смены, мин; Тп.з – время на подготовительно-заключительные операции, мин; То.п – время организационных простоев, мин; Тп – время на перемещение станка во время смены, мин; m – число скважин в забое, шт.
2.2.4. Исследовать зависимость теоретической производительности станка Q (м/ч) от энергии удара погружного пневмоударника А (Дж). Значение переменной величины А брать в диапазоне от 50 до 400 Дж с шагом 50 Дж.
2.2.5. Исследовать зависимость теоретической производительности станка Q (м/ч) от диаметра долота d (мм). Значения переменной величины d: 85 мм; 105 мм; 125 мм; 160 мм; 200 мм.
РАЗДЕЛ III. ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица 1. Исходные данные для выполнения расчёта буровых станков шарошечного бурения
Вариант Диаметр долота dд, см Предел прочности горной породы на сжатие σсж, МПа Предел прочности горной породы на сдвиг σсд, МПа Плотность горной породы γ, т/м3 Продолжительность смены Тсм, ч Число смен в сутки Затраты времени на вспомогательные операции в течение смены Тв, ч Затраты времени на подготовительно-заключительные операции и на ремонты в течение смены (Тп.з + Тр), ч Годовой объём обуриваемой горной массы Vг.м, м3 Выход взорванной горной массы с 1 м скважины qг.м, м3/м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 21.4 97 13 3.4 8 3 0.03 0.5 18000000 40
2 16 80 9 3 12 2 0.03 0.7 13000000 35
3 24.3 140 14 3.8 8 3 0.04 0.6 44000000 55
4 32 159 16 2.7 12 2 0.04 0.7 21000000 85
5 24.3 120 10 2.5 8 3 0.05 0.5 9000000 55
6 16 87 10 3.9 12 2 0.05 0.7 16000000 40
7 32 145 17 3.7 8 3 0.03 0.6 14500000 85
8 21.4 90 10 2.7 12 2 0.03 0.7 18500000 40
9 19 95 17.5 2.8 8 3 0.04 0.5 8500000 35
10 26.9 113.5 8.5 2.9 12 2 0.04 0.7 42300000 65
11 32 164 8.5 3.1 8 3 0.05 0.6 13000000 85
12 32 152 9 4 12 2 0.05 0.7 13500000 85
13 26.9 112 14 3.4 8 3 0.03 0.5 14000000 65
14 16 80 8 2.3 12 2 0.03 0.7 14500000 35
15 26.9 100 15 2.4 8 3 0.04 0.6 17000000 65
16 21.4 160 10 3.2 8 3 0.03 0.7 9000000 35
17 32 164 9 2.7 12 2 0.04 0.6 19500000 85
18 21.4 145 16 2.3 8 3 0.03 0.5 9400000 40
-3841752190759
009
19 26.9 150 15 3.1 12 2 0.04 0.7 19300000 65
Продолжение таблицы 1.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
20 16 80 12 2.5 8 3 0.05 0.6 12700000 40
21 19 144 11 2.3 12 2 0.03 0.7 14500000 35
22 32 144 11 2.4 8 3 0.04 0.6 9000000 65
23 26.9 98 18 3.2 12 2 0.03 0.7 22000000 35
24 21.4 98 18 2.7 8 3 0.04 0.6 28500000 85
25 24.3 110 15.5 2.3 12 2 0.03 0.5 9400000 40
26 32 110 15.5 3.1 8 3 0.04 0.7 16300000 65
27 24.3 154 12.5 2.5 12 2 0.05 0.6 12700000 40
3810426402510
0010
9414510397827500
Рисунок 1. Зависимость оптимальной скорости вращения бурового става станков СБШ от Пб и dд
-37655580645


Таблица 2. Значение коэффициента k в зависимости от показателя буримости горных пород
Пб ≥8 8,25 8,5 8,75 9 9,25 9,5 9,75 10 10,25 10,5 10,75 11 11,25 11,5 11,75 12 12,25 12,5 12,75
k 0,700 0,704 0,707 0,710 0,713 0,716 0,719 0,722 0,725 0,729 0,732 0,735 0,738 0,741 0,744 0,747 0,750 0,754 0,757 0,760

13 13,25 13,5 13,75 14 14,25 14,5 14,75 15 15,25 15,5 15,75 16 16,25 16,5 16,75 17 17,25 17,5 17,75 18
0,763 0,766 0,769 0,772 0,775 0,779 0,782 0,785 0,788 0,791 0,794 0,797 0,800 0,804 0,807 0,810 0,813 0,816 0,819 0,822 0,825
9385935275717000-53340303847512
0012

Таблица 3. Исходные данные для выполнения расчёта буровых станков ударно-вращательного действия
Вариант Энергия удара А, Дж Частота ударов nу, с-1 Диаметр долота d, мм Коэффициент крепости горных пород f Коэффициент падения скорости бурения при увеличении глубины скважины β, м-1 Глубина скважины L, м Стойкость долота на одну заточку В, м Время навинчивания одной штанги tн, мин Время на развинчивание одной штанги tр, мин Время на замену долота Тз, мин Время наведения буровой штанги на скважину Тн, мин Время на забуривание скважины Тзб, мин Длительность смены Тсм, мин Время на подготовительно-заключительные операции Тпз, мин Время организационных простоев Топ, мин Время на перемещение станка во время смены Тп, мин Число скважин в забое m, шт Коэффициент готовности станка kг
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
1 54 25 85 10 0.0004 20 12 0.5 1 4 4 1 360 20 30 20 12 0.9
2 93 28 105 12 0.0004 15 10 0.4 1.5 5 3 0.9 360 15 30 15 15 0.8
3 73 32 105 14 0.0004 10 11 0.6 1.2 3 4 0.8 480 25 30 18 17 0.7
4 140 30 155 16 0.0004 22 13 0.7 1.3 4 5 1.1 360 20 30 19 19 0.9
5 96 27 105 18 0.0004 25 14 0.8 1.1 2 3 1.2 480 22 30 21 20 0.85
6 190 21 125 16 0.0004 30 15 0.5 1 3.5 5 1 480 20 30 20 30 0.8
7 280 21 160 15 0.0004 35 17 0.7 1.5 3 4 1.2 480 19 30 21 40 0.7
8 420 10 200 14 0.0004 40 13 0.9 1.3 4 2 1 480 18 30 22 50 0.9
9 340 31 160 13 0.0004 32 12 0.8 1.5 4.5 3 1.3 360 17 30 23 20 0.9
10 770 31 125 12 0.0004 25 11 0.6 1.6 5 4 1.5 480 15 30 25 35 0.8
11 54 22 85 10 0.0004 20 12 0.5 1 4 4 1 360 20 30 20 40 0.9
12 93 29 105 12 0.0004 638365512960350030 12 0.6 1.2 3 6 1.5 480 20 30 21 41 0.7
13 73 30 105 13 0.0004 10 13 0.7 1.32 2 5 1 360 10 30 22 33 0.6
14 130 27 155 15 0.0004 50 13 0.7 1.5 1 3 2 480 10 30 23 35 0.8
15 95 21 105 14 0.0004 40 15 0.8 1.6 4 4 0.5 480 15 30 25 37 0.9
16 180 21 125 17 0.0004 15 14 0.9 1 3 2 1.5 360 15 30 20 50 0.7
17 250 20 160 16 0.0004 25 13 1 0.9 2 6 1 480 25 30 19 51 0.6
-42862546799513
0013
18 410 10 200 15 0.0004 40 12 0.5 1.2 1 5 1.3 480 25 30 15 53 0.7
Продолжение таблицы 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
19 330 30 160 14 0.0004 35 10 0.3 1.5 5 4 1.4 360 15 30 16 55 0.8
20 750 30 125 13 0.0004 50 9 0.2 1.3 6 3 1.5 360 15 30 18 60 0.9
21 54 25 85 10 0.0004 40 12 0.5 1 3 4 1 360 20 30 20 12 0.9
22 90 28 105 12 0.0004 30 10 0.5 1.5 4 3 0.9 360 19 30 19 10 0.8
23 70 32 105 20 0.0004 20 14 0.4 1.1 5 4 1 480 18 30 18 12 0.8
24 130 30 155 18 0.0004 60 15 0.6 1.2 6 5 0.8 360 17 30 17 13 0.9
25 90 27 105 16 0.0004 50 10 0.7 1.4 7 4 1 480 15 30 20 10 0.9
26 185 21 125 14 0.0004 30 13 0.8 1.7 6 3 0.7 480 21 30 21 11 0.9
27 270 20 160 12 0.0004 10 11 0.3 1.8 5 4 0.5 480 23 30 19 9 0.85
-139065407035014
0014
9243060380365000
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
М. В. Мельников. Краткий справочник по открытым горным работам. М.: Недра, 1982.
П. И. Томаков, И. К. Наумов. Технология, механизация и организация открытых горных работ. – М.: МГГИ, 1992.
А. М. Дёмин, В. И. Зуев, Е. М. Пахомов. Сборник задач по открытой разработке месторождений полезных ископаемых. – М.: Недра, 1985.
В. С. Хохряков. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. – М.: Недра, 1991.
Справочник: Открытые горные работы / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Виницкий и др. – М.: Горное бюро, 1994.

ПОДРИСУНОЧНЫЕ ПОДПИСИ
Рисунок 1. Зависимость оптимальной скорости вращения
бурового става станков СБШ от Пб и dд ………………….…………………………12