Power consumption of rock decomposition process during diamond core drilling using pulse flushing

Abstract

Purpose. To study the impact of pulse flushing on the power consumption of rock decomposition during diamond core drilling. Methods. Theoretical analysis, processing of the obtained experimental data. Findings. The decrease in power consumption of rock decomposition process during drilling with jet pulse flushing was studied. The influence of the bottom-hole power and jet pulse flushing parameters on the efficiency of rock decomposition process was investigated. Physical mechanisms of mining rock degradation under the jet pulse flushing were considered in the article. Originality. It was established that the drilling performance is growing along with increasing of pauses between the flushing liquid supply intervals. At that, the relative reduction of energy consumption of the rock decomposition process is increasing when the bottom-hole power is decreasing. The study provides theoretical grounds for the increase in the mechanical rate of drilling during the jet pulse flushing owing to utilization of the generated frictional thermal energy in the bottom-hole. It is demonstrated that using pulse flushing intensifies the processes of thermal cycling degradation of the mining rock. Practical implications. It is demonstrated that the pulse flushing mode has a potential to improve the performance of diamond core drilling. The outcomes of the research can be useful for grounding the specifications of the jet pulse flushing method during the development of the energy saving modes of diamond core drilling processes.

Мета. Дослідження впливу імпульсного режиму промивання на енергоємність процесу руйнування гірської породи при алмазному бурінні. Методика. Буріння здійснювалось по блоку граніту IX категорії за буримістю. Для проведення досліджень використано експериментальний стенд, що складається з бурового верстата ЗІФ-300 з додатковою коробкою передач і бурового насоса НБ-3. Для реєстрації та контролю режимних параметрів буріння використано витратомір ЕМР-2. В якості промивної рідини використовувалась вода. Буріння здійснювалося одношаровою алмазною коронкою 01А3 діаметром 59 мм з чотирма промивальним каналами. Результати. Визначено механічну швидкість буріння при різних видах промивання. Дано теоретичне обґрунтування збільшенню механічної швидкості буріння при імпульсному промиванні за рахунок використання теплової енергії тертя у вибої, що генерується. Встановлено, що збільшення механічної швидкості буріння можливо лише за рахунок зниження енергоємності процесу руйнування гірської породи. Досягнуто зниження енергоємності процесу руйнування породи при бурінні з імпульсним промиванням на 15.0 – 54.5%, при цьому з підвищенням рівня вибійної потужності енергоємність руйнування знижується як у випадку постійного промивання, так і в разі імпульсного. Встановлено, що ефективність термоциклічного впливу при алмазному бурінні з імпульсним промиванням залежить від фізико-механічних властивостей гірської породи. Наукова новизна. Виявлено, що ефективність процесу буріння зростає зі збільшенням паузи в подачі промивної рідини, при цьому відносне зниження енергоємності руйнування гірської породи збільшується при зменшенні рівня вибійної потужності. Практична значимість. Імпульсне промивання є резервом підвищення ефективності алмазного буріння. Результати дослідження представляють інтерес для обґрунтування параметрів технології імпульсного промивання при розробці енергоефективних режимів алмазного буріння.

Цель. Исследование влияния импульсного режима промывки на энергоемкость процесса разрушения горной породы при алмазном бурении. Методика. Бурение выполнялось по блоку гранита IX категории по буримости. Для проведения исследований использован экспериментальный стенд, состоящий из бурового станка ЗИФ-300 с дополнительной коробкой передач и бурового насоса НБ-3. Для регистрации и контроля режимных параметров бурения использован расходомер ЭМР-2. В качестве промывочной жидкости использовалась вода. Бурение осуществлялось однослойной алмазной коронкой 01А3 диаметром 59 мм с четырьмя промывочными каналами. Результаты. Определена механическая скорость бурения при разных видах промывки. Дано теоретическое обоснование увеличения механической скорости бурения при импульсной промывке за счет использования генерируемой тепловой энергии трения в забое. Установлено, что увеличение механической скорости бурения возможно только за счет снижения энергоемкости процесса разрушения горной породы. Достигнуто снижение энергоемкости процесса разрушения породы при бурении с импульсной промывкой на 15.0 – 54.5%, при этом с повышением уровня забойной мощности энергоемкость разрушения снижается как в случае постоянной промывки, так и в случае импульсной промывки. Установлено, что эффективность термоциклического воздействия при алмазном бурении с импульсной промывкой зависит от физико-механических свойств горной породы. Научная новизна. Выявлено, что эффективность процесса бурения возрастает с увеличением паузы в подаче промывочной жидкости, при этом относительное снижение энергоемкости разрушения горной породы увеличивается при уменьшении уровня забойной мощности. Практическая значимость. Импульсная промывка является резервом повышения эффективности алмазного бурения. Результаты исследования представляют интерес для обоснования параметров технологии импульсной промывки при разработке энергоэффективных режимов алмазного бурения.