книги из ГПНТБ / Эстеров, Я. Х. Буровзрывные работы на транспортном строительстве учебник

Г л а в а IV

ПРОИЗВОДСТВО БУРОВЫХ РАБОТ НА ОБЪЕКТЕ ВЗРЫВА

§ 15. ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ

Показатели использования сменного времени

Процесс бурения скважин представляет совокупность подготови­ тельных, основных и вспомогательных операций.

К о с н о в н ы м относятся операции по разрушению породы в за­ бое скважины и очистке забоя от разрушенной породы с продвижением инструмента в нем. При всех видах механического бурения осущест­ вляется осевое давление и подача бурового става (штанги с инстру­ ментом) на забой и вращение его, а при шарошечном и ударно­ вращательном — еще и подача воздуха к инструменту и в забой.

Подачу бурового става, требующего предварительного комплекто­ вания его и в большинстве случаев наращивания или перехвата по мере углубления скважины, замену изношенного бурового инстру­ мента, повторную местную проработку скважины, усиленную продувку

ит. п. операции относят к вспомогательным. Отношение времени вы­ полнения основных рабочих операций, или времени непрерывного буре­ ния, к времени выполнения всех технологических операций машинного бурения называют коэффициентом полезного использования машин­ ного времени (/(вм). Величина этого коэффициента характеризует со­ вершенство конструкции машины. У современных буровых станков

имашин,в зависимости от их конструкции и условий работы он колеб­ лется в пределах от 0,4 до 0,85.

Вкрепких породах время и удельное значение непрерывного буре­ ния больше, чем в слабых, поэтому величина коэффициента КВм так­

же больше. В трещиноватых раздробленных породах и в породах с мягкими прослоями число вспомогательных операций и время их выполнения часто увеличиваются, а коэффициент Квм уменьшается. Значение этого коэффициента зависит также от глубины выемки или

•высоты разрабатываемого уступа, квалификации и опыта персонала, обслуживающего машину.

Количество и характер вспомогательных операций зависят от типа машины. Различают машины трех типов: безмачтовые, мачтовые без механизма перехвата штанг и мачтовые с механизмом перехвата штанг.

Для безмачтовых процесс бурения требует многократного наращи­ вания и разборки бурового става. Технологически и конструктивно эти машины менее совершенны, чем мачтовые. В последних указанные операции не требуются или производятся не более одного-двух раз. В машинах с механизмом перехвата штанг часть времени затрачивает­ ся на операции перехвата.

Кроме вспомогательных операций, производство бурения требует

относят: осмотр, заправку и пуск машины в начале рабочей смены, отвод машины с места работы на время взрыва и возвращение к рабоче­ му месту (при комплексном выполнении взрывных и погрузочно­

71

транспортных работ), перемещение машины от забуренной скважины к к месту бурения новой скважины, буксировку компрессора и др., а также передачу машины следующей смене.

Наблюдения показывают, что затрата времени на организационно­ подготовительные операции, может составлять от 10 до 25% сменного времени в зависимости от периода года, типа буровой машины и ха­ рактера объекта работы. В зимних условиях для машин с двигателями внутреннего сгорания и при работе на строительных объектах удельный вес времени выполнения подготовительных работ — максимальный; в теплое время года для машин с электроприводом, работающих в ус­ ловиях постоянно действующих карьеров, наоборот, — минимальный.

Отношение времени, затрачиваемого на выполнение рабочих и вспо­ могательных операций бурения, ко всему сменному времени назы­ вают коэффициентом полезного использования сменного времени (Кнс)■ При хорошей организации и налаженной технологии бурения не­ которые вспомогательные операции и подготовительные работы можно выполнять параллельно с бурением, что повышает коэффициентис­ пользования машинного и сменного времени бурения, а также про­

изводительность, рабочих и буровых машин.

Произведение коэффициентов КБм и Кпе представляет отношение времени непрерывного бурения ко всему сменному времени работы машины. Это отношение называют коэффициентом полезного исполь­ зования времени при бурении (Кв)-

Операции, составляющие технологический цикл, у всех буровых машин с ручным управлением в общем сходны и различаются лишь некоторыми деталями. Ниже в качестве примера приведено время, необходимое для выполнения различных операций при использовании' машины БТС-150:

73

Основные элементы ёурения

Анализируя характер и время, требуемое на выполнение вспомога­ тельных операций, можно видеть, что длительность выполнения одних операций зависит в основном от конструкции машины, а других — главным образом от опыта обслуживающего персонала... К первым операциям при бурении машиной БТС-150 следует отнести приведение машины в горизонтальное положение, поворот бурового става, подъем и опускание става на длину одной штанги,подачу штанги при наращи­ вании и разборке става; ко вторым — передвижку и установку маши­ ны, соединение буровой штанги и долота и др.

В процессе бурения скважины средней глубины (8 м) диаметром 150 мм в породах средней крепости (VI и VII групп) выполнение вто­ рых вспомогательных операций занимает в среднем 25 мин, а чистое время бурения скважины составляет 35 мин.

При тщательно продуманной организации бурения и хорошей под­ готовке к работе время выполнения вспомогательных операций может быть значительно снижено.

Для экономии сменного времени бурения очистку пылесборника, укрытие готовой скважины, а также часть других операций, связан­ ных с подноской и отноской инструмента, должен выполнять помощник машиниста во время производства процесса бурения.

Смену изношенных шарошечных долот целесообразно относить к началу или концу рабочего дня или к началу бурения новой сква­ жины в зависимости от глубины скважин и износостойкости долот, определяемой по опыту для конкретных условий.

После окончания бурения скважину продувают, а устье ее при­ крывают пробкой или пыжом.

Производительность бурения передвижными пневмоударными средствами (станками БМК-4) может быть увеличена на 15—20% при рациональной организации передвижки станков за счет принятия кон­ структивных мер по улучшению подвижности, механизации передвиж­ ки, хорошей подготовки рабочей площадки и рационального выпол­ нения спуско-подъемных операций.

С целью уменьшения времени на передвижки буровых машин сле­ дует намечать такой порядок бурения скважин, который исключал бы обратные (холостые) проходы и излишние развороты машин.

Для ускорения выравнивания машин БТС-150 и станков 1СБУ -125 следует использовать заранее заготовленные подкладки под домкраты.

Передвижка и установка станков типа БМК-4, не имеющих колес­ ного хода, занимает много времени (от 10 до 20 мин). Производитель­ ность бурения неглубоких скважин (до 4—5 м) при этом очень мала. По этой же причине низка производительность бурения и более глу­ боких скважин в некрепких породах, когда операция непрерывного бурения занимает сравнительно немного времени.

Короткая длина штанг вызывает при бурении необходимость мно­ гократного свинчивания их, а после окончания бурения — многократ­ ного развинчивания, на что уходит значительная часть времени.

73

При пневмоударном бурении скважин в крепких породах IX и X групп затупление долот со значительным снижением скорости буре­ ния происходит через 2—3 м длины скважины. Это вызывает необхо­ димость извлечения бурового става с разборкой штанг и смены корон­ ки, т. е. снижает коэффициент полезного использования времени ра­ боты машины и производительность станков пневмоударного бурения.

Вусловиях дорожного строительства к технологическому процес­ су пневмоударного бурения добавляются операции по запуску и перед­ вижке электростанции и компрессоров. Необходимость в указанных условиях пользоваться двумя видами энергии, дополнительным обору­ дованием и рабочей силой снижает область рационального применения пневмоударного бурения в дорожном строительстве.

Вусловиях карьеров рациональнее пользоваться общесетевой элек­ трической и пневматической энергией.

Операция непрерывного бурения скважин занимает наибольшее

Одним из важнейших условий достижения максимально возможной скорости и экономичности бурения является соблюдение рациональ­ ного технологического режима бурения для конкретных породных условий.

Массивные и крепкие породы, кроме абразивных, следует бурить при максимальном давлении бурового става. При шарошечном бурении давление следует доводить до 100 кгс на 1 мм диайетра долота1,*а ско­ рость вращения не должна превышать 50—80 об/мин. Объем необ­ ходимого при этом сжатого воздуха для эффективного бурения зависит от диаметра скважины и соотношения между диаметрами скважины и буровой штанги и колеблется обычно для указанного вида бурения (при d < 150 мм/в пределах от 6 до 15 м3/мин (см. табл. 5). ■

В некрепких, но слаботрещиноватых породах при шарошечном бурении осевое давление рационально снижать до 60 кгс на 1 мм диа­ метра скважины и увеличивать скорость вращения бурового става до 120—150 об/мин. Объем подаваемого воздуха должен быть макси­ мальным— не-менее 7—18 м3/мин (в зависимости от диаметра сква­ жины).

Шарошечное бурение в сильнотрещиноватых породах следует вести при наименьшей скорости вращения бурового става 50—70 об/мин при наименьшем эффективном осевом давлении от 40 до 60 кгс на 1 мм диаметра скважины.

При пневмоударном бурении скважин диаметром 105 мм рацио­ нальное осевое усилие на забой колеблется в пределах от 2 до 4 кгс на 1 мм диаметра долота. В крепких породах необходимо применять инструмент, имеющий ударник с наибольшей массой для данного диаметра.

1 При ударно-шарошечном бурении осевое давление снижают в 1,5 раза по ■сравнению с осевым усилием при шарошечном бурении.

При шарошечном бурении скважин в обводненных породах объем подаваемого воздуха и его давление должны быть максимальными, так как наличие воды ухудшает условия очистки забоя скважины от бурового шлама, снижает скорость бурения и стойкость долот.

Число и энергию ударов пневмоударника можно регулировать

внекоторых пределах для разных пород путем изменения давления воздуха. Однако бурение при давлении воздуха в сети менее 5 кгс/см2 нерационально вследствие снижения скорости бурения.

Недостаточная продувка скважины ведет к образованию под доло­ том «подушки» из разрушенной породы и резкому снижению ско­ рости бурения. Наиболее существенным показателем того, что бурение идет на оптимальном режиме, является крупность выносимых частиц породы и достижение наибольшей скорости бурения.

При прохождении мягких прослоев и включений дробленой породы параметры режима бурения должны быть такими же, как при работе

всильнотрещиноватой и некрепкой породе; давление воздуха при этом следует поддерживать на максимальном уровне. Бурение в таких случаях необходимо вести с периодическим снятием осевого давления и подъемом бурового става без прекращения его вращения и подачи воздуха, а также с очисткой долота.

Условия бурения в сильнотрещиноватых породах и в породах с мяг­ кими прослоями благоприятствуют образованию пробок и заклини­ ванию бурового става, поломке долот, закупорке, продувочных отвер­ стий в долотах и т. п. Работа в таких случаях требует неослабного внимания со стороны машиниста за продвижением бурового става. «Проваливание» последнего или, наоборот, задержка в подаче, силь­ ная вибрация, увеличенный шум и характерный металлический скре­ жет, прекращение выноса продуктов бурения, перебои в прохожде­ нии воздуха — все это требует от машиниста немедленных действий для предотвращения поломки долота и нарушения нормального про­ цесса работы станка (машины).

Небольшая обводненность массива при наличии вяжущих продук­ тов разрушения также благоприятствует образованию пробок. Бу­ рение в таких условиях следует вести в медленном темпе с увеличен­ ной подачей сжатого воздуха при давлении не менее 6 кгс/см? с пря­ мой продувкой.

Очень важно своевременно освобождать устье скважины от буро­ вого шлама, не допуская попадания его обратно в скважину. При машинном бурении без применения пылеотводящих устройств необ­ ходимо непрерывно убирать скапливающийся у устья скважины шлам. При использовании пылезадерживающих устройств необходимо своев­

ременно освобождать их от накапливающихся продуктов разрушения породы.

При шарошечном и пневмоударном бурении скважин в сильно разрушенных верхних слоях массива скальной породы отдельные ее куски от сотрясения и ударов падают в скважину, заклинивая буро­ вой инструмент.Такие слои породы удается иногда пробурить с подли­ ванием в скважину небольшого количества воды или глинистого раствора.

75

Немалое значение для достижения большой скорости бурения имеет своевременная замена изношенных шарошечных долот или затуплен­ ных буровых коронок. Если по установленной средней износостойкости долота можно предположить, что вся скважина не может быть пробуре­ на данным долотом, то его следует заменить новым. Частично изно­ шенное долото используют при бурении других скважин меньшей длины.

Для снижения выхода шарошечных долот из-за порчи опорных под­ шипников и дорожек катания необходимо тщательно продувать и про­ мывать долота смесью дизельного топлива с бензином после "окончания бурения каждой скважины, добиваясь свободного вращения шарошек на цапфах. Следует обязательно извлекать буровой став из скважины для очистки шарошечного долота после прохождения им скольконибудь значительного слоя глинистого, и другого мягкого грунта, легко проникающего в отверстия долота и опорные детали шарошек.

Необходимость замены или заточки породоразрушающего инстру­ мента (долота, коронки) лучше всего определять по снижению скоро­ сти бурения. Снижение скорости в равнопрочной породе более чем на 50% недопустимо.

Затупленные коронки при работе средствами пневмоударного буре­ ния заменяют без отсоединения ударника от бурового става. Для

составляет 140 и 150 мм.

Чем глубже пробурена скважина, тем больше времени затрачивают на смену долота и больше потери производительности. Поэтому интер­ валы времени между сменой долот с углублением бурового инструмен­ та в скважину целесообразно увеличить, несмотря на потерю скорости непрерывного бурения затупившейся коронкой. Следует учитывать при этом, что в крепких породах IX и X групп скорость непрерывного бурения хорошо заостренной коронкой намного превышает скорость бурения затупленной, коронкой.

Дополнительные факторы, влияющие на эффективность бурения

При осмотре и приемке коронок необходимо проверять размеры их, надежность армировки, отсутствие трещин и других дефектов в кор­ пусе и армировке и особенно качество выполнения крепежного паза (в долотах типа БК-105), обеспечивающее плотное, без люфта укрепле­

X групп — от 4 до 1,5 пог. м в зависимости от строения массива горной породы и ее абразивности.

Малая стойкость и ограниченная скорость бурения — главные недостатки пневмоударников. Стойкость пневмоударников типа МП-3

76

в крепких породах IX-и X групп не превышает 250—300 м, а пневмо­ ударников типов П-105 и П-125 — 500—600 м. Правильная эксп­ луатация ударников — своевременные чистка, смазка, ремонт и подача чистого воздуха в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации — позволяет значительно увеличить срок службы ударников.

' Изменение диаметра шарошечных долот в пределах от 76 до 150 мм при бурении скважин машинами БТС-75 и БТС-150 не приводит к су­ щественному изменению скорости бурения, так как удельное осевое давление инструмента малого диаметра приходится несколько умень­ шать из-за пониженной стойкости долот ОК-76, Т-112 и т. п.

Улучшение условий бурения может быть достигнуто в некоторых случаях путем рационального выбора высоты уступа разработки, чтобы бурение скважин заканчивалось перед началом нескального слоя, или перед плоскостью разделения слоев. Такой выбор высоты уступа ведет и к экономии объема бурения, так как устраняет необхо­ димость в перебуре скважин.

При равных условиях для выбора высоты уступа разработки сле­ дует отдавать предпочтение величине, кратной длине буровых штанг, с учетом перебура скважин с тем, чтобы рациональнее использовать время, затрачиваемое на наращивание штанг.

Для получения хороших результатов бурения необходимо правиль­ но устанавливать буровые средства. Станки следует приводить в гори­ зонтальное положение при помощи домкратов, на которые они долж­ ны опираться. Если длина домкратов недостаточна для этой цели, то следует выровнять рабочую площадку. Это важно для установле­ ния заданного угла бурения и для безотказной работы автоматических устройств в таких'станках, как 2СБШ-200, 2СБШ-200Н.

Бурение скважин машинами БТС-150 и станками типа 2СБШ-200, «Урал-64» до установки их на гидродомкраты и приведения в гори­ зонтальное положение не допускается.

Устанавливать машины и станки на участке работы при отсутствии пылезащитных устройств следует так, чтобы выносимая буровая пыль направлялась в сторону от машины.

После забуривания скважины на глубину от 0,2 до 0,5 м, а иногда и более (в зависимости от состояния верхнего слоя породы) проверяют точность заложения скважины по разбивочным знакам и правильность угла бурения. Затем работу продолжают на оптимальном для данных условий режиме.

Во время дождя и после него вода, проникающая в скважины с поверхности и через трещины в породе, вносит значительное коли­ чество твердых частиц, оседающих на дно скважины и меняющих ее глубину. Такое же явление наблюдается в обводненных породах. Поэтому в трещиноватых породах в дождливые периоды и в обводнен­ ных массивах скальных пород скважины следует бурить на глубину, большую расчетной. Необходимый запас должен составлять от 0,5 до 1,5—2 м в зависимости от организации взрывных работ (интервалов времени между взрывами), степени трещиноватости породы и засорег-

77

ности трещин. В легкоосыпающихся породах скважины также необ­ ходимо бурить на глубину более расчетной с запасом на 0,2—0,3 м.

Увеличение объема бурения ведет к удорожанию работ. В указан­ ных случаях рационально вести взрывание выемок, карьерных усту­ пов и других объектов короткими участками, сокращая периоды между взрывами отдельных серий скважин.

Одной из наиболее сложных аварий, происходящих при бурении скважин в неблагоприятных породных условиях, является обрыв буро­ вого става. Извлечение оборванной части става может быть выполнено при помощи метчика, ввинчиваемого машиной или станком в аварий­ ную резьбу ближайшей к устью скважины штанги.

Технологический процесс бурения скважин станками мачтового типа более совершенен, чем бурение машинами БТС-2 и ВТС-150, так как штанги имеют большую длину, подаются на забой с автомати­ ческим перехватом и наращиваются механизированным способом.

В работе наиболее совершенных станков шарошечного бурения вспомогательные операции в процессе бурения имеют все же большой удельный вес (до 30% и более). Для пород IX группы при высоте усту­ па разработки 12—14 м время выполнения этих операций при бурении станками 2СБШ-200 достигает приблизительно 20 мин на скважину, а операция бурения скважины занимает от 50 до 60 мин.

Технологическая карта буровых работ

Для достижения наилучших результатов работы машин и повыше­ ния производительности труда при проведении буровых работ состав­ ляют технологическую карту буровых работ, в которой приводят:

схему перемещения станка по, объекту при бурении скважин в пе­ риод между взрывами с указанием точного местоположения скважин; объем буровых работ с указанием числа, глубины, диаметра и угла

наклона скважин на данном участке работы машины;

Рис. 46. График трудового процесса при бурении скважин машиной БТС-2

78

основные указания по выполнению работы, в том числе по режиму бурения и смене долот, по мероприятиям,имеющим целью уменьшение организационных и технологических перерывов, и др.;

сменный операционный график работы машиниста буровой ма­ шины (рис. 46) с указанием времени выполнения основных и вспомога­ тельных операций, организационных перерывов и заданной скорости бурения;

состав бригады; выдаваемые материалы и буровой инструмент с указанием норм

расхода.

Машинист буровой машины должен вести исполнительный опера­ ционный график бурения с записью причин отклонения от заданного графика работы в технологической карте.

Исполнительный график рассматривается техническим руководи­ телем (мастер, прораб) совместно с машинистом. На основании ана­ лиза графика указанным персоналом вносятся изменения в техноло­ гическую карту и организацию работы для увеличения производитель­ ности и снижения стоимости бурения.

§16. ОРГАНИЗАЦИЯ БУРОВЫХ РАБОТ НА ОБЪЕКТЕ ВЗРЫВА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ ПРИ БУРЕНИИ

Организация бурения на объекте работ

Организация бурения на объекте работ включает следующие эле­ менты:

выбор средств бурения для данного объекта и определение необхо­ димого их количества;

определение материальных ресурсов для работы буровых машин; установление порядка работы буровых средств во времени и по пло­

щади объекта; определение способа и средств приемки и транспортировки буровой

техники к месту работы; подготовка рабочих площадок, включая разбивку скважин и путей

для перемещения машин; обеспечение нормального обслуживания средств бурения;

разработка и осуществление мероприятий по обеспечению безопас­ ного производства буровых работ.

Вопрос о выборе бурового станка или машины для работы в карь­ ере (при равных возможностях по инженерно-геологическим условиям;

иснабжению энергией) и об определении необходимого количества ма­ шин решают в зависимости от сменной производительности дробилок

ипогрузочных средств или. годового производственного плана пред­

приятия по объему продукции (камня, щебня).

При расчетах различают техническую Лт и эксплуатационную Пв производительность буровых машин. Техническую производитель­ ность определяют с учетом производственных условий и максимальной загрузки машин независимо от непредвиденных технологических и

79