Введение
1 Научное обобщение и анализ теоретических и экспериментальных данных об ударно-вращательном способе бурения геологоразведочных скважин малого диаметра 17
1.1 Область практического применения ударно-вращательного способа бурения геологоразведочных скважин 17
1.2 Характеристика динамических процессов в системах ударно-вращательного действия 26
1.3 Анализ результатов исследований в области применения ударно-вращательного способа бурения 30
1.4 Энергетические характеристики процесса ударного разрушения горных пород. Оценка эффективности ударно-вращательного способа бурения скважин 57
1.5 Выводы по главе 1. Формулировка задач исследований 64
2 Методика теоретических и экспериментальных исследований 66
2.1 Методы решения задач о продольном ударе применительно к процессу ударно-вращательного бурения скважин 66
2.2 Методика экспериментальных исследований по передаче энергии волны деформации по бурильной колонне и обработки результатов методами математической статистики 71
2.2.1 Методика эксперимента по передаче импульсов силы по бурильной колонне 71
2.2.2 Методика обработки результатов экспериментов методами математической статистики 74
2.3 Методика исследований волновых процессов в элементах бурильной колонны с ниппельным соединением и резьбой закрытого типа 76
2.3.1 Методика исследования циклических деформаций в резьбовых соединениях ниппелей и труб 76
2.3.2 Методика экспериментальных исследований нормальных напряжений от ударных и изгибных нагрузок в бурильной колонне с резьбовыми соединениями закрытого типа 80
2.4 Методика экспериментального определения рациональных параметров ударного взаимодействия и оценки эффективности породоразрушающего инструмента различного типа с горной породой 81
2.4.1. Характеристика породы, принятой для эксперимента 81
2.4.2 Методика проведения эксперимента по разрушению гранита энергией волны деформации 83
2.4.3 Методика анализа гранулометрического состава шлама при разрушении гранита 91
2.4.4. Обработка и анализ экспериментальных данных методами математической статистики 92
2.5 Методика исследования безбойкового гидравлического механизма формирования импульсов силы 94
3 Влияние волновых процессов на работу бурильной колонны при бурении скважин 98
3.1 Разработка новой конструкции бурильной колонны с ниппелями закрытого типа 98
3.2 Исследование влияния соотношения наружного и внутреннего диаметров бурильных труб на эффективность передачи энергии волны деформации 101
3.3 Исследование циклических деформаций в резьбовых соединениях закрытого типа 110
3.4 Результаты экспериментальных исследований передачи импульсов силы по бурильной колонне с ниппельными соединениями закрытого типа в процессе ударно-вращательного нагружения 119
3.5 Исследование волновых процессов в элементах бурильной колонны с ниппельными соединениями закрытого типа 122
3.5.1 Анализ результатов исследований нормальных напряжений, возникающих от действия ударных и изгибающих нагрузок в бурильной колонне новой конструкции 122
3.5.2 Анализ результатов исследований тангенциальных напряжений в элементах бурильных колонн с ниппельными соединениями закрытого типа 131
4 Экспериментальные исследования по определению рациональных параметров ударного взаимодействия породоразрушающего инструмента различного типа с горной породой 137
4.1 Оценка влияния параметров ударника на эффективность разрушения горных пород 145
4.2 Исследование влияния энергии волн деформаций при изменении скорости приложения ударной нагрузки на эффективность разрушения горных пород 150
4.3 Взаимосвязь скорости вращения бурильной колонны и частоты ударов на объем разрушаемой за удар горной породы 155
4.4 Анализ фракционного состава шлама и оценка эффективности работы буровых коронок различного типа 158
5 Разработка безбойкового гидравлического механизма генерирования импульсов силы для разрушения горных пород 173
5.1 Теоретическое обоснование применения безбойкового гидравлического механизма формирования импульсов силы 173
5.2 Устройство и принцип работы безбойкового гидравлического механизма формирования импульсов силы для разрушения горной породы 178
5.3 Результаты лабораторных испытаний безбойкового гидравлического механизма формирования импульсов силы и оценка его работоспособности 183
6 Моделирование и анализ рабочих процессов агрегатов для бурения скважин в условиях подземных рудников 192
6.1 Анализ структуры циклов бурения и затрат времени на их выполнение 193
6.2 Математическое представление затрат времени на выполнение технологических операций, связанных с бурением, от параметров бурового агрегата и приводов его механизмов 199
6.3 Выбор критерия сокращения времени подготовительно-заключительных и вспомогательных операций 201
6.4 Разработка и исследование технико-экономической модели процесса бурения скважин 202
6.5 Математическое представление экономических показателей бурения через параметры бурового агрегата и приводов его механизмов 205
6.6 Разработка алгоритма расчета рациональных параметров буровых агрегатов в соответствии с поставленными целями 207
6.7 Установление границ рационального применения буровых агрегатов с различными приводами для бурения скважин малого диаметра в подземных условиях 214
Заключение 219
Библиографический список 224
