Буровая установка открытые горные работы



Буровое оборудование карьеров и поверхностных работ

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.

Источник

↑ Горно-буровые работы

Бурение геологоразведочных скважин – наиболее распространенный вид работ, предназначенных для получения геологической информации. Оно применяется на всех без исключения стадиях геологических исследований.

Термин «геологоразведочные скважины» обобщает несколько групп скважин по их назначению: картировочные, структурные (опорные), поисковые и разведочные, гидрогеологические, инженерно-геологические, сейсморазведочные (взрывные) и специальные (вентиляционные, геотехнологические, шурфоскважины и т. п.).

Бурение позволяет получить самую разнообразную геологическую информацию. Так, получаемый при бурении скважин керн дает возможность решить следующие задачи: определить пространственные координаты, глубину и элементы залегания полезного ископаемого; замерить углы падения и простирания, а также выяснить мощности отдельных пластов горных пород и рудных тел; установить вещественный состав, минералого-петрографические и физико-механические свойства пробуренных пород, в том числе имеющих инженерно-геологическое значение, крепость, пористость, плотность, трещиноватость и т. д.

Кроме того, скважины используются для решения самостоятельных задач:

1) для проведения геофизических (электрических, радиоактивных, акустических и т. д.) измерений, фотографирования и телеметрических замеров для определения местонахождения и элементов залегания пластов горных пород, а в отдельных случаях и их качественного состава;

2) для выяснения статического и динамического уровней подземных вод, проведения откачек, замеров температур и отбора проб воды и газа в целом по пробуренному интервалу и отдельным горизонтам; обеспечения циркуляции растворов и отбора геотехнологических проб; выполнения специальных работ (вентиляция горных выработок, взрывные работы и т. д.).

↑ Основные задачи и направления организации процесса бурения скважин

Главной задачей при организации процесса бурения является минимизация времени и удельной себестоимости его выполнения. При этом должны соблюдаться заданные проектом качественные показатели – отбор достоверных проб керна и выдерживание проектного направления стволов скважин.

Для организации бурения необходимо учитывать ряд моментов, тесно связанных с техникой и технологией процесса бурения. К ним относятся: выбор способа бурения и обоснование элементов конструкции скважины, выбор типов породоразрушающего инструмента и определение оптимальных технологических режимов бурения; выбор типа, диаметра и материала бурильной колонны, обоснование выбора типоразмеров и марок бурового, силового и вспомогательного оборудования; определение рецептуры, технологии и организации приготовления промывочных жидкостей; разработка рациональных приемов выполнения отдельных операций и схем организации труда на рабочих местах буровой бригады; рациональная организация подготовки площадки и выполнения монтажно-транспортных работ; организация непрерывного наблюдения за соблюдением рациональных технологических режимов процесса бурения и предупреждение аварийных ситуаций; обеспечение своевременного и четкого ведения первичной производственной организационно-технологической документации. Хорошо отдохнуть всей семьёй, рабочим коллективом или просто с друзьями, на природе среди красивейших озер и леса можно на базе отдыха «ВОХОТКА». Более подробную информацию можно получить на сайте www.vohotka.ru
Структура производственного процесса. Бурение разведочных скважин – сложный производственный процесс, состоящий из собственно бурения и целого ряда других работ.

Основной рабочий процесс – собственно бурение скважины – состоит из отдельных рейсов – отрезков рабочего времени, протекающих от момента начала подготовки бурового снаряда к спуску в скважину до окончания подъема снаряда из скважины. Операции, которые в каждом рейсе повторяются, несут на себе основные, подготовительно-заключительные и вспомогательные функции.

К вспомогательным работам можно отнести:

— техническое обслуживание оборудования;

— крепление скважины обсадными трубами;

Читайте также:  При установки тем белая полоса

— искусственное искривление скважины;

— расширение (разбуривание) скважины;

— геофизические исследования в скважине в процессе бурения;

— гидрогеологические исследования в скважине в процессе бурения;

— промывка и чистка ствола скважины перед проведением вспомогательных процессов;

— предупреждение и ликвидация геологических осложнений в скважинах, включая тампонирование и цементирование;

— проведение дефектоскопии бурильных труб и грузоподъемного инструмента.

Все эти работы относятся охватывают так называемую производительную часть времени. Время на их выполнение строго регламентировано отраслевыми нормами. Кроме того, структуре буровых работ выделяют текущий ремонт и ликвидацию аварий в скважине, которые вместе с производительным временем, а также временем простоя формируют баланс рабочего времени. По окончании процесса бурения появляется, необходимость проведения ряда работ, сопутствующих бурению (специальное ликвидационное тампонирование, установка на скважине различного оборудования (задвижек, превенторов и т.д.), участие в специальных геофизических и гидрогеологических исследованиях и испытаниях, транспортировка буровой установки с участка на базу (и в обратном направлении). Время на эти работы объединяется в понятие забалансового времени

↑ Технико-экономические показатели бурения геологоразведочных скважин

Для оценки уровня организации процесса разведочного бурения и его эффективности служит система основных технико-экономических показателей (ТЭП). В числе главнейших показателей:
— объем буровых работ,
— время, затраченное на бурение,
— их трудоемкость,
— скорости бурения,
— показатели, характеризующие качество бурения,
— себестоимость буровых работ.

Качество колонкового разведочного бурения оценивается по четырем показателям:
1) пересечению рудного тела в заданной проектом точке пространства;
2) обеспечению минимально допустимого угла пересечения ствола скважины с рудным телом;
3) достижению планового линейного и объемного выхода керна;
4) обеспечению возможности проведения исследований и измерений в скважине (каротаж, кернометрия и т. п.).

Организация производства буровых работ в бригаде и на участке. Для выполнения производственного процесса бурения скважин в геологических предприятиях формируются специализированные буровые бригады, состоящие из рабочих, имеющих профессии бурильщиков и помощников бурильщиков.

При круглосуточном режиме работы буровая бригада состоит из 8-12 человек. Как правило, она возглавляется неосвобожденным бригадиром из числа наиболее квалифицированных и опытных бурильщиков. Организационно-техническое руководство буровой бригадой осуществляет специальный инженерно-технический работник – буровой мастер. В некоторых геологических предприятиях при бурении глубоких скважин в разрезах, верхняя часть которых (до 10 % от глубины скважины) сложена рыхлыми породами, организуется особая бригада, специализирующаяся на забуривании скважин до устойчивых коренных пород. Эта бригада использует в работе легкие самоходные буровые установки, пневмоударный способ бурения сплошным забоем и продувку скважин сжатым воздухом. Как правило, бурение начальных интервалов скважин (50–80 м) производится за один рейс, после этого они крепятся обсадными трубами и цементируются. Дальнейшее бурение в более крепких породах ведется основной буровой установкой.

При выполнении геологического задания, предусматривающего бурение группы скважин на ограниченном объекте, организуется первичное производственное подразделение – буровой участок. В его состав входят несколько буровых бригад, группа топографического и геологического обслуживания, строительно-монтажная бригада, группа ремонта оборудования и диспетчерского управления. При необходимости на буровом участке создается растворный узел.

Строительно-монтажная бригада по окончании буровых работ производит демонтаж всех вспомогательных объектов и восстановительно-рекультивационные работы на всей территории участка в соответствии с экологическими требованиями.

↑ Организационно-техническая документация процесса бурения скважин

По окончании монтажа буровой установки на новой точке специальной комиссией составляется акт о приеме ее в эксплуатацию, в котором удостоверяется соответствие состояния установки проектной схеме и условиям безопасного ведения работ. Технологической службой экспедиции подготавливается и выдается буровой бригаде основной документ по скважине – геолого-технический наряд (ГТН), где в таблично-графической форме приводятся проектный геологический разрез, конструкция скважины, рекомендуемые типы и марки породоразрушающего инструмента и параметры режимов бурения, указываются способы предупреждения геологических осложнений, интервалы замеров искривления ствола скважины, проведения геофизических исследований и гидрогеологических наблюдений.
Плановый отдел и отдел организации труда предприятия разрабатывают основной документ, отражающий экономическую сторону буровых работ, – наряд-задание, в котором на основе описания геологических и организационных условий работы устанавливается плановое задание на месяц по объему и качеству работ; здесь же указываются данные о стоимости работ, заработной плате и размерах премирования.

↑ Геологическая документация скважины ведется силами геологического отдела предприятия

Основным геологическим документом буровой скважины является паспорт, в котором даются назначение скважины и основные ее характеристики – координаты места заложения, проектный азимут и вертикальный угол заложения, проектная глубина. В дальнейшем в паспорте детально описываются состояние и вещественный состав пересекаемых скважиной пород, фиксируются места их контактов, количество и состояние вынутого керна, интервалы отбора проб на анализы, фактические данные о направлении и конечной глубине скважины, результаты измерений и исследований, проводившихся в ней. В паспорте обязательно указывается способ ее ликвидации или консервации.

Сразу после поднятия керна проводится его документация бурильщиком, который заполняет этикетки, где указывается глубина скважины, пробуренный интервал и процент выхода керна. Далее в полевом журнале делается детальное описание керна с последующей систематизацией данных в паспорте буровой скважины. Окончательной формой геологической документации по скважине является фактический разрез с нанесением на него данных опробования.
Каждая авария на скважине также оформляется специальным учетным документом – актом об аварии по установленной форме. В акте отмечаются время и причина наступления аварии, описывается ход ее ликвидации с указанием затрат времени и расхода материалов; приводится также глубина скважины. Акт подписывают бурильщик, буровой мастер, технолог и бухгалтер. В случае сложной аварии технологическая служба предприятия разрабатывает специальный план ее ликвидации.

Источник

Бурение скважин при открытых горных работах

Бурение скважин станками вращательного бурения. Вращатель­ное бурение скважин широко распространено на угольных карь­ерах как по углю, так и по породам с коэффициентом крепости до 4—5 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

В качестве бурового инструмента применяются двухперые или трехперые (для трещиноватых пород) резцы, армированные пла­стинками твердых сплавов.

Буровые штанги изготовляют из труб. Вокруг трубы по вин­товой линии огибают и приваривают стальную полосу (рис. 129). Размеры буровой штанги зависят от диаметра буримой скважины и высоты копра бурового станка. Станками ПБС-110 и БС-110/25 бурят скважины диаметром 110 мм и глубиной до 25 м. Для этих станков штанги имеют длину 2 м, диаметр труб 51 мм, витки шнека делают из полосовой стали шириной 20—25 мм, шаг витка 60—80 мм. Диаметр шнека должен быть на 10—15 мм меньше диаметра резца.

При бурении скважин диаметром 150 мм штанги изготовляют из труб диаметром 75 мм, длиной 2—4 м, шаг витка 140 мм, диа­метр шнека 140 мм.

Для бурения вертикальных и наклонных скважин по углю наиболее широкое применение получил станок БС-110/25 (рис. 130).

На двух лыжах станка, соединенных на концах и посередине поперечными планками, установлен копер 1. Трубы копра на верх­нем конце соединены поперечной планкой, на которой закреплен

Бурение скважин при открытых горных работах

Конец каната и блок. С боков и с задней стороны копер имеет укосины. Между трубами копра с помощью лебедки и каната пере­двигается буровой агрегат. Он состоит из электродвигателя 2 и ре­дуктора 3 с патроном. Электродвигатель и редуктор смонтированы на общей раме 4, к которой прикреплены направляющие лапы, охватывающие трубы копра. Справа у копра смонтирован щиток управления. За копром, на средней части лыж, укреплено шага­ющее устройство, а на заднем конце лыж — лебедка и электро­двигатель для лебедки и шагающего устройства.

Спуско-подъемные операции при бурении производятся с по­мощью электрической лебедки. Барабан лебедки насажен на вал свободно на втулках. При подъёме он включается ленточным фрик­ционом и может быть заторможен в любом положении ленточным тормозом. Управление фрикционом и тормозом сблокировано и производится рычагом 7.

Станок обслуживает один рабочий. Масса станка 1100 кг. Смен­ная производительность станка по углю 100 м, по глинистым слан­цам 30—50 м, глубина бурения до 25 м, диаметр скважин 110 мм.

Шагающее устройство станка позволяет передвигать его со ско­ростью 300 м/ч (от скважины к скважине). На дальние расстояния его перетаскивают тягачом.

Станок БСН является вариантом станка БС-110/25; в нем благо­даря шарнирным связям мачта может наклоняться для бурения скважины под углом 60—90° к горизонту.

Для бурения скважин диаметром 150 мм применяется станок СВБ-2 на гусеничном ходу (рис. 131). В кабине станка располо­жены лебедка для спуска-подъема бурового агрегата и электро­двигатель мощностью 14 кет, обслуживающий лебедку и гусенич­ный ход станка. Мощность электродвигателя бурового агрегата 40 кет. Станок может бурить вертикальные и наклонные (до 60° к горизонту) скважины.

Техническая характеристика станков вращательного бурения приведена в табл. 11 приложения.

Бурение скважин при открытых горных работах

Бурение скважин при открытых горных работах

Бурение скважин при открытых горных работах

Рис. 130. Станок БС-110/25:

I — копер; 2 — двигатель бурового агрегата: 3 — редуктор; 4 — рама бу­рового агрегата; 5 — канат; Є — электролебедка: 7 — рычаг управления лебедкой; 8 —■ кривошипно-крейцкопфный механизм шагания: 9— козлы; 10 — коленчатый вал; 11 — звездочка цепной передачи; 12 — стойка;

13 — пята; 14 — направляющий паз

Бурение скважин ударно-канатными станками. Принцип ударно — канатного бурения заключается в следующем. К концу каната при­крепляется тяжелый (500—2000 кг) буровой инструмент, закан­чивающийся долотом. С помощью станка буровой инструмент поднимают на высоту 0,9—1 м над забоем скважины и сбрасы­вают. При падении долото наносит удар по забою скважины и раз­рушает породу. Перед каждым ударом буровой инструмент пово­рачивается на некоторый угол. При бурении в скважину подл и-
вают воду, в результате чего разрушенная порода превращается в шлам, который время от времени вычерпывают.

Станки ударно-канатного бурения применяют для бурения сква­жин в карьерах с высотой уступов от 5 до 30 м при породах с коэф­фициентом крепости f = 5-V-20.

Комплект бурового инструмента, называемый буровым снаря­дом, состоит из долота, ударной штанги и канатного замка.

Долото (рис. 132) имеет длину от 1,5 до 0,7 м, диаметр стержня долота составляет 0,75—■ 0,80 номинального диа­метра скважины (диамет­ра головки долота или длины ее лезвия). Голов­ка долота бывает зубиль­ной, фасонной и кресто­образной формы. Первая применяется в плотных породах, другие — в тре­щиноватых. Масса долота при длине его 1500 мм составляет от 115 кг (для скважины диамет­ром 150 мм) до 320 кг (для) скважины диамет­ром 300 мм). Ударная штанга (рис. 133), слу­жащая для утяжеления долота, соединяется с ним конусным резьбовым зам­ком. Длина штанги 4— 10 м, диаметр 0,65—0,80 номинального диаметра скважины; масса от 400 до 2400 кг. Верхний конец ударной штанги соединяется с нижним концом канатного замка.

Читайте также:  Деревянный душ дачи с установкой

Канатный замок (рис. 134, а) с помощью втулки (рис. 134, б) закрепляется на стальном канате (искусственно утолщенный конец каната заклинивается внутри втулки). На шейке замка 1 снаружи имеется резьба для облегчения захватывания его ловильным ин­струментом в случае обрыва каната. В корпусе 2 замка сделан ряд отверстий 3 для выхода воздуха и устранения компрессии при перемещении втулки в канале замка. Диаметр втулки на 3—5 мм меньше диаметра канала замка, благодаря чему она может сво­бодно проворачиваться в последнем.

Бурение скважин при открытых горных работах

Рис. 131. Буровой станок СВБ-2

В период подъема бурового снаряда канат растягивается и раскручивается. Буровой снаряд при этом поворачивается на некоторый угол вокруг своей оси. В начале падения бурового сна­
ряда на ‘забой канат разгружается и скручивается, втулка вра­щается вместе с канатом в канатном замке, а буровой снаряд падает на забой, не вращаясь. Благодаря вращению снаряда при подъеме долото разрушает поро­ду равномерно по всему забою скважины.

Бурение скважин при открытых горных работах

Скважину чистят с помощью желонки 1 (рис. 135), опускаемой на канате, прикрепленном к дуж-

Ке 2. Язык 5, упираясь в забой скважины, поднимает сидящий на режущем башмаке 4 клапан 3 и шлам заполняет желонку. По извлечении желонки из скважи­ны ее отводят в сторону от сква­жины, и, приподнимая крючком язык и клапан, выпускают шлам.

Из станков ударно-канатного бурения наиболее широко приме­няются станки БУ-2-20 и БС-1.

Техническая характеристика их Рис. 132. Долота для ударно-канат- приведена в табл. 12 приложения. • ного бурения:

Бурение скважин при открытых горных работах

Принцип действия станка за- ^оТлТтр^иГатГ Z’oZ: ключается в следующем (рис. ловка долота; 2 — стержень; 3 — лыска 1 Qfi Т2„ Для ключа; 4— конус с резьбой

Lob, с). Вращение от электродви­гателя 20 передается ременной передачей главному валу 16. От вала вращение передается попеременно либо рабочему бара­бану 15 через фрикционную муфту, либо зубчатому колесу 18 через фрикционную муфту, либо желоночному барабану 19 через фрик­ционные шкивы, либо ведущим звездочкам гусеничного хода 9 (при передвижении станка).

Бурение скважин при открытых горных работах

Рис. 133. Ударяая штанга

Во время бурения вращение от рабочего вала передается только зубчатому колесу 18 с кривошипно-шатунным устройством. При вращении колеса шатун 17, ведомый пальцем кривошипа, вынуж­дает балансирную раму 13 с балансирным роликом И совершать качательные движения. При опускании ролика 11 канат 21 натяги­вается и буровой снаряд 6 поднимается над забоем скважины. При поднятии балансирного ролика канат, разгружается и буровой снаряд падает на забой. Канат 21 закреплен на рабочем бара­бане 15.

Для извлечения бурового снаряда из скважины отключают от вала зубчатое колесо 18 и подключают барабан 15, который, вра­щаясь, наматывает канат и поднимает буровой снаряд из сква­жины.

Бурение скважин при открытых горных работах

Рис. 1135. Желонка

Рис. 134. Ка’натный замок

При чистке скважины в нее опускают желонку 8, слегка при­тормаживая желоночный барабан 19. Для подъема желонки вводят в зацепление фрикционные шкивы вала 16 и желоночного ба­рабана.

При работе станка на уступе его в целях безопасности распо­лагают перпендикулярно фронту забоя не ближе 3—2,5 м от кром­ки уступа. Раму станка с помощью домкратов приводят в горизон­тальное положение и закрепляют станок. Забуривание ведут при уменьшенном количестве ударов и с применением забурной трубы длиной 1,2—1,5 м. В процессе бурения бурильщик следит за натя­жением каната и по мере углубления скважины оттормаживает рабочий барабан, позволяя ему немного поворачиваться и пода­вать канат в скважину. В процессе бурения в скважину подливают воду. Расход воды составляет от 20 до 120 л на 1 м скважины. В породах средней крепости и крепких чистку производят через 0,5—1 м, расход воды 50—80 л/м; в породах ниже средней крепо­сти — через 1,5—2 м, расход воды 30—60 л/м; в породах сильно трещиноватых — через 3—5 м, расход воды более 80 л/м, так как часть шлама уходит по трещинам.

Бурение скважин при открытых горных работах

Рис. 136. Ударно-канатный станок БУ-2-20:

О —схема, поясняющая принцип дєйстрич станка: б — общий вид станка; / — головной ролик; 2 — желоночный ролик; 5 — мачта; 4 — люнет для кана­та; 5 — растяжки; 6 — буровой снаряд; 7 — люнет для бурового снаряда; 8 — желонка; 9 — гусеничный ход; 10 — опорный домкрат; 11 — балансирный ролик; 12 — мачта в транспортном положении; 13 — балансирная рама. 14 — хвостовой ролик; 15 — рабочий барабан; 16 — главный вал; 17 — шатун 18 — зубчатое колесо с кривошипом; 19 — желоночный барабан; 20 — электро­двигатель; 21 — рабочий канат

Чистка скважин в породах слабых занимает до 30% времени чистого бурения, а в очень крепких породах — около 10%. Одно­кратная чистка скважины занимает в среднем 4 мин, смена доло­та— 18 мин; передвижка станка от одной скважины к другой 25—30мин; прием и сдача >смены, осмотр и смазка станка — 30 мин.

Масса бурового снаряда должна быть тем большей, чем больше диаметр скважины и крепость породы. На основании практики масса бурового снаряда может быть определена по формуле

Где Q — масса бурового снаряда, кг;

Q — масса бурового снаряда, приходящаяся на 1 мм длины лезвия; она должна быть равной 2 кг/мм при бурении в слабых породах (f = 3), 3—4 кг’/мм — в средних (f = = 4-ь8) и 4—6 кг/мм — в крепких породах; d—номинальный диаметр скважины, мм. Фактический диаметр скважины обычно на 5—10% больше номинального (вследствие разработки ее стенок) в крепких поро­дах, на 15—20% —в породах средней крепости и на 20—30% —• в слабых породах.

Сменная производительность станка может быть определена из следующих условий:

Работа ударов бурового снаряда за минуту равна

An ^lEJl — mjhn = 5,6mhn, (102)

Где A — работа одного удара, дж; п— количество ударов за 1 мин; т — масса бурового снаряда, кг;

H — высота падения (подъема) бурового снаряда, м; j — ускорение при падении бурового снаряда, в зависимости от количества шлама и его концентрации изменяется от 4,8 до 6,4 м/сек2, принимаем / = 5,6 м/сек2; сменная (за 420 мин) производительность станка равна

Т 420Ащ 420 • 5,6ткщ 1560mhn, /1по.

Где — г\ — коэффициент машинного времени, равный, в среднем 0,55; 5 — площадь забоя скважины, м2;

А — удельная работа бурения, т. е. работа, расходуемая для выбуривания I м3 скважины, дж/м3. При данном способе бурения и при долотьях зубильной, копытной и крестовой формы величина а может быть принята равной (250 000ч — 300 000) ав, дж/м3, или а = (250 000300 000) 100/, дж/м3; где ав — временное сопротивление породы сжатию, кГ/см2; f — коэффициент крепости породы по шкале проф. М. М. Протодьяконова; d — диаметр скважины, м.

Бурение скважин при открытых горных работах

Рис. 138. Самоходный буровой станок СБМК-5

Бурение скважин при открытых горных работах

Средняя сменная производительность станка БУ-2-20 при буре­нии по известняку с коэффициентом крепости f = 8 составляет

10—12 м. Стоимость бурения 1 м скважины диаметром 200 мм рав­на 2,5—3 руб.

Станок БУ-2-20 применяется для бурения скважин диаметром 200—230 мм в крепких породах. Для бурения скважин большого диаметра и в более крепких поро­дах применяется станок БС-1.

Ударно-канатные станки, не­смотря на их очень широкое при­менение (в настоящее время 90—95% скважин в крепких поро­дах бурят этими станками), явля­ются устаревшими и в скором времени будут заменены более прогрессивными станками шаро­шечного бурения, с погружными перфораторами и огневого буре­ния. [11]

Станки с погружными перфо­раторами (пневмоударниками) для бурения скважин. Для буре­ния скважин диаметром до 105 мм по крепким породам в карьерах применяют станки БМК-4, уста­новленные на салазках (рис. 137), и станки НКР-ЮО и БА-100, уста­новленные на каретках, что более удобно для работы. Для бурения горизонтальных и наклонных скважин диаметром 105 мм Кыш — Рис. 139. Буровой станок БМ-150К тымский механический завод вы­пускает самоходные (на гусенич­ном ходу) станки СБМК-5 (рис. 138) с пневмоударником М-1900УК. Сменная производительность станка 23 м в породах с коэффициентом крепости f = 10—ь-11 и 18 м при f = 14-^-16. Сто­имость 1 м скважины соответственно 0,76 и 1,67 руб.

Для бурения скважин диаметром 155 мм применяется буровой станок БМ-150к. Станок (рис. 139) на гусеничном ходу, оборудо­ван двумя компрессорами К-9 производительностью по 9 м3/мин. Электродвигатель вращателя имеет мощность 7 кет; пневмоподат — чик создает осевое усилие до 1000 кГ. Энергия удара погружного
перфоратора 12 кГм. Направление бурения от 0 до 90° к горизон­тали. Масса станка 15 т. Скорость бурения по породам с коэффи­циентом крепости f = 8 составляет 20 міч, сменная производитель­ность 45—50 м, стоимость 1 м скважины 2,5 руб.

Техническая характеристика станков с погруженными перфора­торами приведена в табл. 10 приложения.

Станки шарошечного бурения. Станок БАШ-250 (рис. 140) предназначен для бурения вертикальных скважин диаметром 250 мм в породах весьма крепких (f = 14—16). Масса станка 50 т, смонтирован он на гу­сеничном ходу экскава­тора Э-1003. Став буро­вых штанг подается на забой канатно-гидрав — лическим ■ механизмом, создающим осевое уси­лие до 25 000 кГ. Вра­щающий механизм обеспечивает бессту­пенчатое регулирова­ние скорости вращения шарошечного долота от О до 125 об! мин. Для получения сжатого воз­духа на раме станка ус­тановлены три компрес­сора К-9 с индивиду­альными приводами. В породах с коэффициен­том крепости f = 13-Ы6 производите л ьность станка составляет

3,5 міч, т. е. в 4—5 раз выше, чем ударно-ка­натного станка БС-ІМ. Буровая мелочь выду­вается из скважины сжатым воздухом и идет в пылеосадитель.

Читайте также:  Шевченко 141 барнаул установка сигнализаций отзывы

-14, масса его 36 т. Произ — коэффициеитом крепости

Станок БСШ-1 предназначен для буре­ния скважин диаметром 250 мм под углом 60—90° к горизонту в по-

Родах с коэффициентом крепости f = 6 водительность станка по породам с f = 8ч-14 составляет 8—10 міч.

Бурение скважин при открытых горных работах

Рис. 140. Буровой агрегат БАШ-250:

I — мачта; 2 —■ кабина управлении; 3 — ротор; 4 — цик­лон; 5 — компрессор; 6 — сальник-вертлюг; 7 — рабочая штанга: 8 — канаты

Станок БСВ-1Е, предназначен для бурения скважин диа­метром 200—225 мм под углом 60—90° к горизонту в породах с коэффициентом крепости f = 6-f-12. Производительность в поро­
дах с коэффициентом крепости f — 8ч-10 составляет 8 м/ч. Масса станка 25 т.

Техническая характеристика станков шарошечного бурения приведена в табл. 11 приложения.

Источник

Буровые машины для открытых горных работ

В общей технологии открытых горных работ при разработке месторождений, сложенных скальными породами, буровзрывные работы являются одним из основных производственных процессов.
Проведение бурения осуществляется буровыми машинами различной конструкции.

Для разведки, вскрытия или добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей, в горных породах бурят вертикальные, горизонтальные или наклонные шпуры и скважины.

Бурение — процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы путем разрушения горных пород в торцевом забое.

Шпуром называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.
Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м.

  • способу разрушения горной породы;
  • способу приложения силовой нагрузки к буровому инструменту;
  • способу удаления продуктов разрушения от забоя скважины;
  • роду потребляемой энергии;
  • способу расположения скважины;
  • назначению.

По способу разрушения горной породы буровые машины подразделяются на осуществляющие механические и физические способы разрушения, а также сочетающие их — комбинированные. К механическим относят машины ударно-вращательного и вращательного бурения шарошечными и резцовыми долотами, производящие разрушение горной породы инструментом путём прикладывания к нему силовых нагрузок; к физическим — машины термического, взрывного, гидравлического, электрогидравлического и ультразвукового бурения, воздействующие на горную породу через жидкую и газообразную среду.

Механический способ бурения скважин осуществляется за счет непосредственного воздействия рабочего инструмента на породу, при котором в последней возникают высокие напряжения, превышающие предел прочности минеральных образований и приводящие к разрушению породы в области контакта с инструментом.

По форме и характеру воздействия бурового инструмента на породу различают следующие виды бурения: ударное, вращательное резанием, ударно-вращательное, шарошечное, вращательно-ударное и комбинированное инструментом (режуще-шарошечным, шарошечно-ударным и др.).

Физические или физико-химические способы бурения разрушают породу через жидкую или газообразную среду термическим, взрывным, гидравлическим, электрогидравлическим, ультразвуковым, плазменным, лазерным и другими способами воздействия.

При термическом способе бурения разрушение (шелушение) пород происходит в результате нагрева забоя скважины сверхзвуковыми раскаленными струями и появление в породе термических напряжений, превышающих предел прочности минерального образования.

Взрывное бурение (также известное, как взрывобурение) может осуществляться с помощью ампульных или твердых ВВ, а также струйным способом.

Гидравлический способ бурения осуществляется тонкой высоконапорной струей воды, подаваемой на забой со сверхзвуковой скоростью, однако такой способ весьма затратен с точки зрения использования удельной энергии

Несмотря на создание и внедрение новых физических и комбинированных способов бурения, механическое разрушение горных пород при бурении, в первую очередь станками шарошечного бурения, остается определяющим, но каждый из механических способов имеет свою область применения и поэтому не может быть полностью вытеснен другими.

По способу приложения нагрузки к буровому инструменту буровые машины подразделяют следующим образом:

Ударное бурение осуществляется за счёт последовательно наносимых по забою ударов долотом с энергией Руд (рис.1). При ударном бурении (рис. 1, а, рис. 2, а) вращательный момент к долоту не прикладывается. Перед каждым следующим ударом (в момент отскока) инструмент поворачивается на некоторое количество градусов (в ударно-канатных станках — благодаря упругим силам закручивания каната), обеспечивая разрушение породы по всей площади забоя.

Рисунок 1 – Принципиальные схемы механических способов бурения: 1 — канат; 2 — долото; долото 3 — ударно-поворотный механизм механизм; 4 — штанга; 5— вращатель; 6— ударный механизм; 7— шарошки; Руд — ударное воздействие; Рос — осевое усилие; Мвр — крутящий момент;ω —угловая угловая скорость вращения долота

При ударно-поворотном бурении (рис. 1, б) вращающий момент незначителен, но инструмент непрерывно вращается вокруг своей оси. Порода разрушается в основном при введении лезвия инструмента под действием удара.

Благодаря же вращению инструмента производится срезание породы, оставшейся в гребешках после удара. Если коронку не поворачивать, то после нескольких ударов поверхность соприкосновения лезвия с разрушенной породой настолько увеличится, что введение лезвия и разрушение горной породы прекратятся.

Рисунок 2 – Принципиальные схемы механических способов бурения: а – ударное бурение; б – вращательное бурение шарошечными долотами; в –вращательное бурение резцовыми коронками; г – ударно-вращательное вращательное бурение

Вращательное бурение резанием (рис. 1, в; рис. 2, в) осуществляется резцом, непрерывно срезающим и скалывающим частицы породы с забоя по винтовой линии передней гранью под действием приложенных усилий Рос (рис.1) и момента вращения Мвр. Одновременно с этим, коронка подается на забой вдоль оси скважины со значительным усилием. Вращательное бурение применительно только к слабым углям и породам со средним значением крепости, а так же породам со значением крепости ниже среднего. При крепких породах режущие кромки коронки не способны скалывать стружку значительной толщины и разрушают породу истиранием. При этих условиях работы резцы из металлокерамических и твердых сплавов быстро изнашиваются и скорость бурения падает. Бурение скважин в крепких породах вращательным способом будет эффективным только при использовании алмазных коронок (так называемое «алмазное бурение»), однако ввиду высокой стоимости и дефицитности алмазов (в том числе и искусственных) алмазные коронки используют только в особых случаях.

Существуют два вида вращательного бурения: сплошное и колонковое.

В последнем случае коронка разрушает горную породу только в пределах кольцевой щели, а в середине остается керн, выдаваемый из скважины крупными кусками. При колонковом бурении поверхность контакта коронки с породой меньше и при той же силе подачи давление выше, чем при сплошном разбуривании. Вследствие этого бурение с керном успешно применяется и по породам высокой крепости. Однако потери времени на подъем керна снижают среднюю скорость бурения, в связи с чем колонковый способ бурения на карьерах применяют только для проведения разведочных скважин.

Ударно-вращательный способ (рис. 1, г; рис.. 2, г) сочетает признаки ударного и вращательного бурения резанием. При этом способе удары высокой энергии осуществляются погружным ударником (преимущественно пневматическим) при наложении постоянных, относительно небольших осевых усилий и момента вращения. Порода разрушается ударом долота, а оставшиеся гребешки срезаются при его повороте. Данный способ бурения применяется по крепким, очень крепким и абразивным породам.

Вращательно-ударное бурение (рис. 1, д; рис. 2, г) объединяет признаки ударного и вращательного способов. По буровому инструменту, прижимаемому к забою с осевым усилием Рос и вращаемому независимым вращателем, непрерывно наносятся удары через хвостовик штанги. Разрушение породы происходит скалыванием и срезанием частиц с забоя. Данный способ применяется для бурения наклонных и горизонтальных скважин в крепких породах. Широко реализуется во многих конструкциях станков зарубежного производства, а также в ряде отечественных станков типа СБУ.

Шарошечное бурение (рис. 1, е; рис. 2, б) осуществляется перекатыванием шарошки по забою при вращении долота с высоким моментом и усилием прижатия к забою. Зубья шарошки, набегая на забой, разрушают его ударами и резанием. Данный способ универсален и весьма распространен. Внешне бурение протекает как вращательное, однако зубья шарошки имеют кратковременный (ударный) контакт с забоем, в силу чего отсутствует фаза резания, характерная для вращательного бурения с использованием инструмента режущего типа.

  • Машины с непрерывным удалением, осуществляемым сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (при шарошечном и пневмоударном, а в отдельных случаях и при вращательном бурении);
  • Машины, в которых удаление происходит парогазовой смесью (при термическом бурении) либо витыми штангами (шнеками) с одновременной подачей и сжатого воздуха, либо только шнеками (при вращательном бурении);
  • Машины с периодическим удалением шламовой смеси из скважины либо с помощью желонок (при ударно-канатном способе бурения), либо с помощью желонок, заполняемых буровой мелочью, продувкой скважины сжатым воздухом (при бурении глубоких скважин погружными пневмоударниками больших диаметров 400—700 мм).
  • Электрические. Буровые машины с электроприводом получают питание для сетевого двигателя от линий электропередач.
  • Тепловые (дизельные). К тепловым станкам относят оборудование, работающее с приводом от дизеля.
  • Пневматические и гидравлические. К буровым станкам с пневматическим (гидравлическим) приводом относят машины, получающие питание от автономных пневматических (гидравлических) сетей или компрессорных (насосных) станций.

По способу расположения скважины станки подразделяют на станки для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин.

По назначению буровые машины делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин (колонковые и бурильные молотки), а также для бурения скважин среднего и большого диаметра.

  • Машины ударного бурения: пневматические бурильные молотки — перфораторы (пневмоударники) с зависимым вращением бура; станки ударно-канатного бурения.
  • Машины вращательного бурения: станки вращательного бурения шарошечными долотами; станки вращательного бурения режущими коронками.
  • Машины ударно-вращательного бурения: станки с погружными пневмоударниками (пневмо-ударного бурения); перфораторы с независимым вращением бура и внескважинным ударником.
  • Станки комбинированного бурения (используют сочетания различных способов разрушения горных пород).

На сегодняшний день, при бурении твердых пород, преимущественное распространение получили буровые установки с погружным пневмоударником. При использовании высокого давления (до 25 bar) и оптимальном диаметре бурения 110 – 203 мм, данные установки имеют отличную скорость бурения, маневренность и экономичность.

При бурении по более мягким и сыпучим породам используют установки вращательного бурения шарошечными долотами. Оптимальный диаметр бурения составляет 200 – 270мм.

При малом диаметре бурения (78 – 105 мм) часто применяют установки гидроперфораторного бурения.

Источник

Adblock
detector