Буровое оборудование карьеров и поверхностных работ
Методы бурения скважин и используемое оборудование
Особенности ударных и вращательных буровых станков
Буровой инструмент
Одной из основных подготовительных производственных работ на открытых горных и строительных работах является бурение, с помощью которого проводятся скважины в мерзлых, крепких породах для последующего проведения буровзрывных работ под закладку сооружения или вскрытия и разработки месторождения. Наиболее распространенным является бурение геологоразведочных, изыскательских и взрывных скважин.
В настоящее время принимаются следующие методы бурения на поверхностных горных и строительных работах:
Ударное бурение станками ударно-канатного бурения типа УГБ-3УК, УГК-4УК, Д-5-25 и др. на глубину до500 м, диаметром скважин до900 мм по породам любой крепости. Станок монтируется на самоходной или передвижной транспортной базе и приводится в действие от электропривода с редуктором. Вращение от приводной шестерни передается через зубчатое колесо шатуну, который приводит в качательное движение балансир, в результате чего через систему блоков производится подъем бурового снаряда. При повороте кривошипа на 180° в нижней мертвой точке буровой снаряд освободится и под действием собственного веса падает, нанося удар по забою скважины. Для смягчения ударов и уменьшения динамических нагрузок на балансир устанавливается амортизационная пружина, которая при повороте оттяжного ролика сжимается, частично поглощая энергию падающего ударного снаряда над забоем скважины.
Технические параметры станков ударно-канатного бурения: мощность двигателя до 40 кВт, высота подъема ударного снаряда до1000 мм, максимальный диаметр скважинных расширителем 600-900 мм, глубина бурения 20-500 мм, вес долота 115-320 кг, длина снаряда 12 м, вес снаряда 2,73 тн.
Станки ударно-канатного бурения находят применение, в связи с простотой конструкции, обслуживания, при разведке россыпных месторождений, инженерно-геологических изысканиях, для бурения водоносных горизонтов для водоснабжения предприятий и населения, для взрывных скважин. Недостаток : малая частота ударов (40-50 уд/мин)
Ударно-вращательное бурение погружными пневмоударниками станками ударно-вращательного бурения типа СБУ-100Н-35, СБУ-125-24 и др. на глубину до100 м диаметром до200 мм по породам крепостью 5÷20 по таблице М.М.Протодьяконова. Отличительной особенностью станков СБУ является наличие специального погружного ударного устройства, уходящего в скважину вместе с буровой штангой и обеспечивающего внедрение в породу за счет ударов.
Станок СБУ состоит из исполнительного органа с пневмощициндром подачи, который перемещается по вертикальным направляющим, вращателя с буровой штангой на конце которого устанавливается пневмоударник, ходового оборудования (гусеничного или пневмошинного), опорных домкратов и пылеулавливающей установки. Пневмоударник также как перфоратор является пневматической буровой установкой, поршень которого совершает возвратно-поступательное движение и при рабочем ходе наносит удар по хвостовику бурового инструмента. Выпускаются пневмоударники 4 типоразмеров для бурения Æ 105, 125, 160 и200 мм.
Технические данные станков ударно-вращательного бурения: мощность вращателя от 4 до 35 кВи, частота вращения 0,77 – 2,25 сек-1, усилия подачи на забой 1-20кН, скорость подачи 0,17 м/сек, энергия удара 96-280 Дж, частота ударов 21-27 сек-1.
Достоинство станков СБУ – сохранение энергии удара на инструменте независимо от глубины бурения и возможность приложения к буровому инструменту значительного крутящего момента. К недостаткам СБУ относится частая поломка буровых коронок. При превышении оптимальных режимов бурения, небольшая глубина бурения, невысокие скорости бурения. В общем парке буровых установок на открытых горных работах станки ударно-канатного и ударно-вращательного бурения занимают около 7%.
Вращательное бурение резцовыми коронками станками вращательного бурения типа СБР-160А-24, СБР-200-50 и др. на глубину до 50 м диаметром 115-200 мм по породам крепостью 6-8 по таблице М.М.Протодьяконова.
Станки СБР на гусеничном ходу состоят из мачты, вдоль направляющих которых проходят двухрядные втулочно-роликовые цепи и перемещается вращательно-подающий механизм и буровой став, механизма свинчивания и развинчивания шнековых буровых штанг, гидроцилиндров подъема мачты и выравнивания станка. Бурение производится резцовыми коронками со шнековой или шнековоздушной выдачей бурового шлама. Технические данные СБР: частота вращения инструмента – 2-4,2 сек-1, крутящий момент 1,8-10 кН∙м, скорость подачи 0,25-0,5 м/сек, усилие подачи 40-200 кН, мощность двигателей 98-337 кВт. Наибольшее применение станки СБР находят на угольных разрезах.
К достоинствам станков СБР относятся наличие центратора штанг, эффективное бурение мягких пород, замковое соединение штанг, индикация спускоподъемных операций. Недостатки: при бурении абразивных пород резцовые коронки имеют невысокую стойкость, при этом выходят из строя периферийные резцы при неизношенных центральных. При высоких скоростях при бурении мягких пород резцы снимают крупную стружку, что чревато износом по длине режущей кромки.
Вращательное бурение шарошечным инструментом станками шарошечного бурения типа 3СБШ-200-60, 6СБШ-200-32, СБШ-190/250-60, СБШ-320 и др. с глубиной бурения до 60 м диаметром 215-320 мм при крепости пород ¦£6-14 по таблице М.М.Протодьяконова. Станок состоит из ходовой гусеничной базы, мачты, механизмов подачи, вращения , наращивания бурового става, устройства для очистки забоя скважины. При больших усилиях подачи применяются гидропоршневые механизмы подачи с канатно-полиспастной или цепной подачей. Технические данные современных тяжелых шарошечных станков СНГ Бузулукского завода: осевое давление на забой до 300 кН, максимальная скорость подачи инструмента -2,0 м/мин, частота вращения бурового става-150 мин-1, суммарная мощность двигателей – 377-386 кВт, скорость передвижения -0,75 км/час, масса – 62 тн. Достоинства: Наиболее производительные станки из всех станков СНГ, бурение по породам крепостью до 14, Недостатки: дороговизна шарошечных долот, их неремонтнопригодность, большие габариты станков.
Буровые инструменты для ударно-канатного бурения представляют собой массивные долота длиной до1500 мм, весом до320 кг, а в комплексе с ударной штангой составляет 695-2735 кгпикообразного и крестообразного сечения (соответственно для плотных и трещиноватых пород) из углеродистых и легированных сталей.
При ударно-вращательном бурении используются трех-четырехперные долота с пластинками твердого сплава, одно- двух- (с опережающим лезвием) и многоступенчатые.
Для вращательного бурения станками СБР применяются резцы, форма лезвий которых выбирается в зависимости от крепости пород, с наклонным расположением лезвий, с прерывистыми лезвиями, со сменными вставками, армированные твердым сплавом.
Наибольшее распространение имеют шарошечные долота, состоящие из сваренных лап на цапфах которых смонтированы шарошки с зубцами. При вращении и большем осевом усилии шарошки разрушают забой за счет ее смятия и раздавливания (рисунок 1).
Рисунок 1 – Трехшарошечное долото с центральной промывкой:
а - без сопел; б - с соплами; 1 – литой корпус; 2 – лапы; 3 – цапфа; 4-6 – подшипники; 7 – шарошки; 8,9 – насадки; 10 – каналы; 11 - присоединительная головка; 12 – внутренняя резьба для соединения с бурильной колонной.
Зарубежные станки по энерговооруженности, надежности, экономичности, условиям работы и обслуживанию значительно превосходят станки СНГ. Так, средняя годовая производительность станка СБШ-320 составляет 49,5 м/год, в то время как станка ДМ-Н Jngersoll-Rand- 73,3 м/год, а максимальная -121,1 м/год, что связано, в частности, неремонтируемыми, дорогостоящими и ненадежными шарошечными долотами и рядом других серьезных недостатков станков СНГ.