Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2013, № 12 (спецвып.)

АКТУАЛЬНЫЕ
ВОПРОСЫ
НАДЕЖНОСТИ
ГОРНОГО
И НЕФТЕГАЗОВОГО
ОБОРУДОВАНИЯ

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
П 42 

621.644: 622.002.5
П 42 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.12 
 

 
Поварницын С.В., Лукьянов В.Г., Шмурыгин В.А.,  
Крец В.Г., Антропова Н.А., Донг Ван Хоанг,  
Давыдова А.Е., Чухарева Н.В., Шадрина А.В. 

Актуальные вопросы надежности горного и нефтегазового

оборудования: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). — 2013. — № 12. — 24 с.— М.: издательство «Горная книга» 

ISSN 0236-1493 

Рассмотрены вопросы эффективного использования  горнопроход
ческого оборудования, приведена комплексная оценка надежности технологических схем проходки горных выработок, используемых для различных задач. Приведена оценка влияния параметров ударной системы 
на гранулометрический состав шлама при ударно-поворотном бурении. 
Рассмотрены приводы запорной трубопроводной арматуры, используемой на трубопроводах, транспортирующих природный газ. Выявлены
проблемы существующих конструкций  резервуаров горизонтального 
типа, возникающие в процессе их зачистки. Предложены технические
решения, позволяющие повысить эффективность очистки от донных отложений в резервуарах горизонтального типа. 

УДК 621.644: 622.002.5

©  Коллектив авторов, 2013 
©  Издательство «Горная книга», 2013 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2013 

 
 

УДК 621.644 
© С.В. Поварницын, 2013 

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО  
ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ УПЛОТНЯЮЩИХ 
ЭЛЕМЕНТОВ И ВИНТОВОЙ СПИРАЛИ  
ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 
НА СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ  
БУРЕНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ 
 

Рассмотрены вопросы определения и оптимизации силовых характеристик, возникающих в результате взаимодействия инструмента вращательно-вдавливающего действия с грунтом в процессе проходки горизонтальных скважин. 
Ключевые слова: Бурение скважин, горизонтально-направленное бурение, микротоннелирование. 
 
В настоящее время бестраншейные способы строительства, 
такие как горизонтально-направленное бурение, микротоннелирование, получили широкое распространение во многих областях 
строительства, а также промышленного производства. 
Решению комплекса вопросов, связанных с проблемой определения характеристик проходческого оборудования, посвящено 
большое количество исследований. Для решения данной задачи 
необходимо использовать комплекс взаимодополняющих методов таких как: экспериментальные исследования; метод конечных 
элементов; метод оптимизации. Таким образом, работа, направленная на повышение эффективности проектирования породоразрушающего инструмента вращательно-вдавливающего действия, является актуальной. 
Задана начальная геометрия породоразрушающего инструмента (ПРИ) с частичной выемкой горной породы, подлежащая 
оптимизации. Задан режим работы инструмента; требуется определить параметры оптимальной геометрии инструмента по выбранному критерию качества, удовлетворяющие принятым ограничениям [1]. 
В основе идеи лежит объединение шнекового грунтоноса и 
ПРИ для бурения буронабивных свай [2]. Принципиальная схема 
ПРИ, приведена на рис. 1. 

Рис. 1. Породоразрушающий инструмент со съемным грунтоносом: 1 – долото; 2 – грунтонос; 3 – винтовая спираль; 4 – 
уплотняющий элемент; 5 – обратная винтовая спираль; 6 – резьбовое соединение 
 
Породоразрушающий инструмент вращательно-вдавливающего 
действия состоит из лопастного 
долота 1, грунтоноса 2, винтовой 
спирали 3, уплотняющих элементов 4, обратной винтовой спирали 
5, резьбового соединения 6. В процессе бурения скважины элементы 
ПРИ выполняют операции по разрушению, перемещению, уплотнению грунта, а также операции по 
калибровке скважины [3]. 
Начальные параметры винтовой спирали приняты согласно 
данным технической документации на шнековый грунтонос ПШН185. На основании проведенного исследования взаимодействия 
ПРИ с грунтом предложен ряд параметров его геометрии, подлежащих оптимизации (табл. 1, рис. 2). С целью размещения внутри 
полых секций съемного грунтоноса радиусом 45 мм с толщиной 
стенки 5 мм внутренний радиус секции принят равным 52,5 мм [4, 5]. 

Таблица 1 
Геометрические параметры ПРИ 

Тип 
Параметр 
Значение 

Шаг, мм 
нижняя граница = 25; 
верхняя граница = 150; 
центральная величина = 
87,5; Δ = 125; шаг варьирования параметра = 1,25 

Винтовая спираль 

Высота, мм 
нижняя граница = 2; 
верхняя граница = 75; 
центральная величина = 
38,5; Δ = 73; шаг варьирования параметра = 0,73 

Таблица 1 

Тип 
Параметр 
Значение 

Длина, мм 
50 

Радиус, мм 
внутренний = 52,5; 
внешний: минимальный 
= 55 максимальный = 75 

Уплотняющие 
элементы 

Координаты 
центра оси 
вращения, мм 

Xi 
нижняя граница = — 15; 
верхняя граница = 15; 
центральная величина = 
0; Δ = 30; шаг варьирования параметра = 0,3 

 
 
Yi 
 

 
Рис. 2. Параметры ПРИ, подлежащие модификации: 1 – винтовая спираль; 2, 
3, 4, 5, 6, 7 – уплотняющие элементы 
 
Влияние параметров геометрии ПРИ на осевое усилие и момент вращения удобно представить посредством построения поверхностей отклика. На рис. 3 приведены трехмерные поверхности отклика осевого усилия Rz от параметров геометрии ПРИ 
(шаг и высота спирали, положение первого уплотняющего элемента). 

Рис. 3. Поверхности отклика функции Rz от ее независимых переменных 

Из всей выборки вариантов геометрии вращательно
вдавливающего ПРИ наименьшее значение целевого функционала имеет вариант геометрии инструмента с расчетными параметрами: Rz = 1,54 кН, Mz = 308 Н×м. 

Таким образом, разработанный метод расчета ПРИ враща
тельно-вдавливающего действия, основанный на математической модели и программе-макрос, может быть использован для 
определения оптимальных параметров геометрии ПРИ в зависимости от режима и геологических условий бурения скважины 
на практике. 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Моисеев H. H., Иванилов Ю. Н., Столярова Е. М. Методы оптимизации. – М.: Наука, 1978. – 352 с. 

2. Об одном подходе к оптимизации формы лопасти гидротурбины / Лобарева И. Ф., Скороспелов B. A., Турук П. А., Черный С. Г., 
Чирков Д. В. // Вычислительные технологии. СО РАН, Новосибирск. –
2005. – Т.10. – № 6. – С. 52–73. 
3. Ребрик Б. М. Бурение скважин при инженерно-геологических 
изысканиях Текст. / Б. М. Ребрик. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 
1979. – 256 с. 
4. Ларин К. Л. Геологоразведочное дело / К. Л. Ларин. – Киев: 
Вища школа. Головное изд-во, 1981. – 592 с. 
5. Шамшев Ф. А. Основы разведочного бурения / Ф. А. Шамшев. 
– 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Недра, 1971. – 196 с. 
 
 
 
 

УДК 622.243.2—182.3  
© В.А. Шмурыгин, В.Г. Лукьянов, 2013 
 

МЕТОДИКА РАСЧЕТА  
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЦИКЛА  
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ЗВЕНЬЕВ  
ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ КОМПЛЕКСОМ  
САМОХОДНЫХ МАШИН 
 

Рассмотрены вопросы эффективного использования дорогостоящего 
самоходного оборудования, схем организации производства работ при 
ведении горно-разведочных работ. 
Ключевые слова: проходческие комплексы, горные работы, горные выработки, комплексы оборудования, самоходное оборудование, продолжительность цикла, проходческий цикл. 
 
Проведение горных выработок предполагает такое распределение всех работ в проходческом цикле, при котором обеспечивается максимальное использование горнопроходческих машин и 
механизмов. Рассмотрим последовательную схему организации 
работ в проходческом забое. При этом забойное оборудование 
комплекса (погрузочная машина и буровая каретка) постоянно находится в забое (либо на призабойной тупиковой разминовке) до 
окончания проходки соответствующей выработки, т.е. обслуживается комплексным проходческим звеном, последовательно выполняющим все операции цикла. Время цикла при этом составит: 

Тц = ТЦо – Кзв · Тзвп,  
(1) 
ТЦо = Ту + Тб + Тзвп,  
(2) 
Тзвп = Тзв + Тпр, Кзв = ∆ ТЦо / Тзвп, 

где ТЦо – продолжительность цикла при последовательном выполнении основных процессов цикла комплексным проходческим 
звеном (когда буровое и погрузочное оборудование постоянно находится в забое), ч; Ту, Тб, Тзв, Тпр – продолжительность соответственно уборки горной массы, бурение комплекта шпуров, заряжания-взрывания, проветривания забоя, ч; Кзв – коэффициент, учитывающий возможность совмещения во времени заряжаниявзрывания и проветривания с периодом межсменного перерыва. 
В частном случае, когда цикл начинается с уборки поды, 
среднее время сокращения цикла составит [1]: 

,
Öî
ñì
Öî
ö

Ò
Ò
Ò
n

−
Δ
=
если nц 
{
}
min
,
Öî
çâï
Ì ÑÏ
ñì
Ò
Ò
Ò
Ò
−
≤
  
(3) 

,
Öî
Öî
ö
ñì
Ò
T
n Ò
′
Δ
=
−
если 
{
}
min
,
Öî
çâï
Ì ÑÏ
ö
ñì
Ò
Ò
Ò
n Ò
′
−
≤
 
 (4) 

0 – в противном случае, 
1,
ñì
ö
Öî

Ò
n
Ò

⎤
⎡

=
+
⎥
⎢
⎥
⎢
⎦
⎣
 если ТЦо ≤ Тсм, 

,
Öî
ö
ñì

Ò
n
Ò
⎤
⎡
′ = ⎥
⎢
⎦
⎣
 ТЦо ≥ Тсм; ТМСП = 24 / nсм – Тсм ≥ 0, 

где Тсм, ТМСП – продолжительность соответственно смены и межсменного перерыва, ч; ∆Цо – среднее время сокращения цикла 
(цикл начинается с уборки поды), ч; nц – число циклов в смену; 
nсм – число смен работы участка (забоя) в сутки. Выражение ] [õ  
означает, что берется целая часть числа. 
При невыполнении неравенства (3) или (4) сокращением 
времени цикла за счет частичного совмещения времени заряжания-взрывания и проветривания со временем межсменного перерыва можно пренебречь, так что Тц = ТЦо. Максимальное расстояние Lзmax между забоями сооружаемых выработок, при превышении которого переезд оборудования становится нецелесообразным, не должно превосходить наименьшей из величин 
Lзmax ≤ min {Vперj (0,5 ТЦо – Тj)}.  
(5) 

Номер
забоя

Процессы
Продолжительность, ч.

Смены

I
II

Время, ч.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

I

Уборка породы
2,3

Переезд погрузочной машины в
другой забой
0,2

Бурение шпуров
2,4

Переезд буровой каретки в другой
забой
0,3

Заряжание, взрывание,
проветривание
1,3

II

Уборка породы
2,3

Переезд погрузочной машины в
другой забой
0,2

Бурение шпуров
2,4

Переезд буровой каретки в другой
забой
0,3

Заряжание, взрывание,
проветривание
1,3

 
Рис. 1. График организации работ при обслуживании одним комплектом проходческого оборудования двух забоев 

где Тj – продолжительность выполнения j-го процесса, ч; Vперj – 
средняя скорость передвижения (транспортировки) по выработкам забойного оборудования, м/ч. 
При этом если Lз ≤ Lзmax, то ТЦ = ТЦо, если Lз> Lзmax, то ТЦ > 
>ТЦо. 
Если в расчетах по формуле (5) получается, что Lзmax ≤0, т.е. 
0,5 ТЦо ≤ Тjm (ТЦ > ТЦо), 
где Тjm – время наиболее продолжительного из процессов 
цикла, ч; Lзmax – максимальное расстояние между забоями сооружаемых выработок, м; Lз – среднее расстояние между забоями 
сооружаемых выработок в процессе их проходки, м. 
В этом случае комплекс предпочтительнее использовать в 
одном забое. Графики организации работ и простоев специализированных звеньев при одновременной проходке двух выработок комплексом самоходного оборудования на колеснорельсовом ходу, работавшего в организациях ПГО «Севвостгеология», приведены на рис. 1. Для изображенной на рис. 1 циклограммы проходки подставим в формулу (5) соответствующие 
исходные данные (Ту = 2,3 ч; Тб 2,4 ч; Тзвп 1,3 ч; ТЦо = 6,0 ч) получим, что максимальное расстояние между забоями сооружаемых выработок данным комплексом, не должно превышать: – 
для буровой каретки (при средней скорости передвижения ее по 
выработкам Vпер = (2,27 / 6,5)1/3 · 3,6= 2,5 км/ч) – 1500 м; – для 
погрузочной машины (при средней скорости ее передвижения 
Vпер = 1 · 3,6 = 3,6 км/ч) – 2500 м. 
Окончательно для данного комплекса машин в качестве максимального расстояния между обслуживаемыми забоями принимаем минимальную из двух величин, т.е. 1500 метров. 
Выводы 
Для определения средней скорости передвижения по выработкам каждой из машин комплекса были предложены формулы 
для определения времени проведения наиболее продолжительного из процессов проходческого цикла (уборка, бурение шпуров). 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Панкратов А.В. Перспективы использования самоходного оборудования на подземных горно-разведочных работах в условиях Севе