Буровые установки для открытых горных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Буровые установки 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.

Буровые машины, применяемые на открытых разработках, классифицируются по:

· 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;щ --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.

По способу удаления продуктов разрушения с забоя буровые машины подразделяют: буровая установка горный порода

· 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).

По виду потребляемой энергии буровые станки подразделяют на:

· 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.

Буровые машины, используемые на открытых горных разработках, классифицируют следующим образом:

· 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.

Размещено на Allbest.ru