Badania efektywności wiercenia studni wielkośrednicowych świdrem skrawającym z profilowanymi skrzydłami

In Poland all lignite mines are dewatered with the use of large-diameter wells. Drilling of such wells is inefficient owing to the presence of loose Quaternary and Tertiary material and considerable dewatering of rock mass within the open pit area. Difficult geological conditions significantly elongate the time in which large-diameter dewatering wells are drilled, and various drilling complications and break-downs related to the caving may occur. Obtaining higher drilling rates in large-diameter wells can be achieved only when new cutter bits designs are worked out and rock drillability tests performed for optimum mechanical parameters of drilling technology. Those tests were performed for a bit ø 1.16 m in separated macroscopically homogeneous layers of similar drillability. Depending on the designed thickness of the drilled layer, there were determined measurement sections from 0.2 to 1.0 m long, and each of the sections was drilled at constant rotary speed and weight on bit values. For finding the dependence of the rate of penetration on weight on bit and rotary speed of bit various regression models have been analyzed. The most satisfactory results were obtained for the exponential model illustrating the influence of weight on bit and rotary speed of bit on drilling rate. The regression coefficients and statistical parameters prove the good fit of the model to measurement data, presented in tables 4-6. Industrial tests were performed for assessing the efficiency of drilling of large-diameter wells with a cutter bit having profiled wings ø 1.16 m according to elaborated model of average rate of drilling. The obtained values of average rate of drilling during industrial tests ranged from 8.33×10-4 to 1.94×10-3 m/s and were higher than the ones obtained so far, i.e. from 181.21 to 262.11%.W Polsce wszystkie odkrywkowe kopalnie węgla brunatnego odwadniane są za pomocą studni wielkośrednicowych. Ich wiercenie jest mało efektywne ze względu na występowanie w profilu luźnych utworów czwarto i trzeciorzędowych oraz znaczne odwodnienie górotworu, które jest jedną z głównych przyczyn obwałów ściany otworów i tym samym powstawania trudnych do usunięcia awarii wiertniczych. W celu uzyskania większych prędkości wiercenia wielkośrednicowych studni odwadniających opracowano nową konstrukcję świdra skrawającego i wykonano w warunkach przemysłowych testy zwiercalności. Testy te wykonano dla świdra o średnicy 1,16 m w wydzielonych warstwach makroskopowo jednorodnych, charakteryzujących się zbliżoną zwieralnością. W zależności od projektowanej miąższości przewiercanej warstwy, wyznaczano odcinki pomiarowe o długości od 0,2 do 1,0 m, a każdy odcinek pomiarowy był wiercony przy stałych wartościach prędkości obrotowej i nacisku osiowego na świder. Dla znalezienia zależności mechanicznej prędkości wiercenia od nacisku osiowego i prędkości obrotowej świdra dla wydzielonych warstw makroskopowo jednorodnych, przeanalizowano różne modele regresyjne. Najbardziej zadawalające wyniki uzyskano dla potęgowego modelu wpływu nacisku osiowego i prędkości obrotowej świdra na prędkość wiercenia. Współczynniki regresji i parametry statystyczne potwierdzające bardzo dobre dopasowanie modelu do danych pomiarowych przedstawiono w tabelach 4-6. Dla dokonania oceny efektywności wiercenia wielkośrednicowych studni odwadniających świdrem skrawającym z profilowanymi skrzydłami o średnicy 1,16 według opracowanego modelu średniej prędkości wiercenia wykonano próby przemysłowe. Uzyskane wartości średniej prędkości wiercenia zawierały się w przedziale od 8,33×10-4 do 1,94×10-3 m/s i były wyższe od dotychczas uzyskiwanych od 181,21 do 262,11%