книги из ГПНТБ / Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых

Рекомендуется, чтобы скорость потока воздуха в затрубном пространстве при продувке поддерживалась на уровне 20—25 м/с. В табл. 91 приведены перепады давлений для долот разного диаметра, а в табл. 92 рекомендуемые расходы воздуха при продувке.

При продувке воздухом забой при бурении очищается наиболее эффективно. Однако из-за отсутствия в настоящее время надежной системы сухого пылеподавления продувка сжатым воздухом неприем­ лема при бурении пород и руд, содержащих кварц. В этом случае для продувки скважины применяют воздушно-водяную смесь. Вода в количестве от 10 до 30 л/мин впрыскивается в поток воздуха и, рас­ пыляясь в нем, поступает на забой в виде мельчайших капелек.

3S3

Для осуществления этого способа ыа станке, помимо компрессора, устанавливают бак с водой емкостью 5—6 м3 и насос производи­ тельностью 1,5—2,0 м3/ч. Давление, развиваемое насосом, должно быть на 1,5—2,0кгс/см2 выше давления, развиваемого компрессо­ ром. Необходимо (учитывать, что при одном и том же расходе воз­ духа в случае Ьзодачп воды в скважину эффективность очистки забоя ухудшается, так как при подаче воды и неизменном расходе воздуха плотность среды увеличивается.

С увеличением{плотности потока автоматически увеличивается дав­ ление на компрессоре и режим продувки из скоростного переходит в силовой, а это крайне нежелательно, так как подъемная сила потока прямо пропорциональна его плотности и квадрату скорости:

i

Допустим, что из-за подачи воды плотность потока уЕ п увеличи­ лась вдв,ое. В результате (этого скорость воздушно-водяной смеси уменьшится вдвое за счет сжатия воздуха в затрубном пространстве. В итоге подъемная сила потока воздушно-водяной смеси по сравне­ нию с подъемной, силой потока сухого воздуха уменьшится в два раза:

Соответственно уменьшается и степень очистки забоя скважины, увеличивается вероятность заклинивания опор. Следовательно, при бурении скважин с продувкой воздушно-водяной смесью для сохра­ нения той же Iэффективности очистки забоя скважины, что и при продувке сухим воздухом, в зависимости от количества воды, пода­ ваемой в скважину, необходимо в 1,5—2,0 раза увеличить расход воздуха.

Замечено, что при продувке скважин воздушно-водяной смесью

384

наиболее трудным местом с точки зрения очистки от бурового шлама является место сопряжения вертикальных стенок с забоем скважины. Здесь в случае недостаточного количества воды или при малом рас­ ходе воздуха образуется своеобразный поясок из прессованного шлама. Образование такого пояска можно легко заметить по харак­ теру износа тыльных конусов шарошек. В случае образования пояска на тыльных конусах появляются спиральные ребра, причем угол наклона спирали зависит от скорости вращения долота и уда­ ления поверхности обратного конуса от места сопряжения верти­ кальных стенок скважины с плоскостью забоя. Интенсивно исти­ раются в этом случае и козырьки лап. Поэтому, как только начнется такой износ долота, следует немедленно улучшить очистку скважины.

25 Заказ 95о

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВСССР и за рубежом идет интенсивный процесс модернизации

исоздания новой буровой техники. Развитие буровой техники про­ исходит по следующим основным направлениям:

1. Создание мощных колонковых перфораторов, монтируемых на буровых каретках, с автоматизацией и программным управле­ нием буровыми процессами.

2.Создание станков с погружными пневмоударниками для бу­ рения скважин большого диаметра в подземных условиях и отно­ сительно малого диаметра для открытых горных разработок.

3.Повышение давления сжатого воздуха и применение гидра­ влической энергии как основы повышения энерговооруженности буровых механизмов.

4.Модернизация существующих и создание новых станков ша­ рошечного бурения.

5.Создание износоустойчивого и высокопрочного бурового ин­ струмента и буровых штанг.

6.Разработка теории и создание ударных электрических, магннтострикционных и электрогидравлических машин.

7.Исследование процессов разрушения горных пород при тер­ мическом бурении и создание на этой основе более производительных буровых станков.

8.Изучение новых процессов разрушения горных пород, таких как плазменный, электротермический, ультразвуковой, взрывной, магнитоэлектрический.

Из всего многообразия способов бурения шпуров и скважин наибольшее распространение получили ударное бурение перфора­

На открытых разработках ежегодно бурят с помощью шарошечных станков 40 млн. м скважин.

На подземных работах (согласно санитарно-гигиеническим усло­ виям работы с вибрационными машинами) требуется прежде всего

386

ограничить бурение шпуров ручными перфораторами, чтобы из­ бавить бурильщиков от необходимости держать перфораторы в руках.

Применение ручных перфораторов с глушителями шума увеличи­ вает их вес и утяжеляет процесс бурения. Поэтому при проведении горизонтальных выработок как на основных горизонтах, так и на подэтажах целесообразно применять буровые каретки с максималь­ ной механизацией и автоматизацией буровых процессов. Процесс внедрения буровых кареток идет интенсивно в СССР и за рубежом, так как применение кареток является радикальным средством улуч­ шения условий труда бурильщиков и избавляет их от таких тяжелых заболеваний, как виброболезнь и тугоухость. К контролю за внед­ рением буровых кареток сейчас привлекаются органы охраны труда и техники безопасности. По соображениям улучшения условий труда бурильщиков применение кареток считается оправданным даже тогда, когда по организационным или экономическим соображениям оии не дают эффекта.

Для подэтажных выработок сейчас сконструированы п серийно выпускаются легкие буровые каретки на два колонковых перфора­ тора. Для обуривания забоев в относительно некрепких горных породах могут быть использованы машины вращательно-ударного действия.

Применение тяжелых перфораторов с диаметром поршня 120— 150 мм для бурения глубоких взрывных скважин при очистных работах является прогрессивным направлением, которое позволит заменить в значительной мере буровые станки с погружными пневмо­ ударниками и повысить по сравнению с ними производительность бурения в два-три раза. Для повышения экономической эффектив­ ности этого способа бурения необходимо применять качественный буровой инструмент и в первую очередь высоколегированные стали для буровых штанг.

При конструировании пневматических машин особое внимание следует уделять форме поршня. Имеющий определенную геометри­ ческую форму поршень генерирует импульс соответствующей формы. Целесообразно выбирать такую форму поршня, при которой наи­ большее количество энергии будет передано в породу. Одновременно амплитуда импульса должна быть по возможно меньшей (в рацио­ нальных пределах) для того, чтобы не вызывать излишних поломок. Энергия удара должна быть такой, чтобы энергоемкость разрушения горной породы была минимальной. Только при выполнений этого условия можно увеличивать число ударов поршня.

Буровые штанги следует применять возможно большего сечения для. выбранного диаметра скважин. Подобрав соответствующую длину поршня и его сечение (используя законы геометрического п силового подобия), можно нагрузить ударную систему таким образом, чтобы мощность, передаваемая к забою, имела максималь­ ное значение.

Таким образом, увеличение поперечного сечения инструмента

является резервом повышения передаваемой к забою мощности прп одновременном повышении надежности элементов ударной системы.

Б мощных колонковых перфораторах целесообразно заменить геликоидальную пару на шестеренчатый или ротационный пневма­ тический двигатель для независимого вращения бура. Такое тех­ ническое решение позволит избавиться от механизма вращения в виде геликоидальной пары с низким коэффициентом полезного действия н, кроме того, из механизма будут исключены такие быстронзнашнвающнеся детали, как пружинки, храповые стопоры и кольца, что значительно повысит конструктивную надежность ма­ шин.

Применение воздухораспределення с золотником на поршне взамен клапанного также повысит надежность их работы.

Перфораторы с независимым вращением бура и буровым инстру­ ментом с резьбой фасонного профиля являются основным средством бурения глубоких взрывных скважин. Такие механизмы лучше всего использовать на самоходных машинах типа СБУ-70, ПБУ-70, ПБУТ50, СБП-696 и др.

Применение пневмоударников на подземных работах целесооб­ разно для бурения скважин глубиной более 20 м и диаметром 127— 165 мм. Значительным резервом увеличения производительности пневмоударников является применение двух и трехшпиндельных станков, а также повышение давления сжатого воздуха. Бурение шарошечными станками имеет ряд достоинств, к которым, в част­ ности, относятся высокая производительность и малый шум при работе. Недостатками являются тяжелый вес оборудования и не­ возможность бурения скважин малого диаметра. Конструирование самоходных станков позволит устранить первый недостаток, однако уменьшить диаметр шарошечных долот очень трудно. В силу этого

в ближайшее время ограниченное применение, главным образом при отбойке руд с высокой природной трещиноватостью и при по­ садочных работах, когда не предъявляются требования к кусковатости руды.

Станки шарошечного бурения и пневмоударники одновременно эксплуатируют на рудниках Зыряновского, Лениногорского. и Салаирского комбинатов. Опыт этих комбинатов показывает, что при шарошечном бурении механическая и рейсовая скорости проходки выше, чем при бурении пневмоударниками, в 1,5—2 раза, а стойкость долот выше в 2—4 раза. Испытания шарошечных станков показали, что при форсированных режимах бурения можно получить произ­ водительность бурения в крепких микрокварцитах до 25 м в смену при диаметре скважины 150 мм. Это значительно превосходит ско­ рости бурения агрегатами с пневмоударниками и буровыми маши­ нами других типов.

388

В тоже время агрегаты с пневмоударниками позволяют осу­ ществить многостаночное обслуживание, они гораздо легче, и транспортабельнее шарошечных станков, чем и объясняется их большое распространение.

Зарубежная практика отбойки крепких руд в подземных усло­ виях базируется на перфораторах и станках алмазного бурения. Бурение пневмоударниками и шарошечными долотами является особенностью развития техники бурения в СССР.

В табл. 93 приведены данные о сравнительной эффективности бурения глубоких взрывных скважин различным буровым оборудо­ ванием. Таблица составлена применительно к руде с коэффициентом крепости 12—14 и объемным весом 3 тс/м3. Расположение скважин веерное.

Т а б л и ц а 93

Из .данных табл. 93 видно, что станки с долотами шарошечного типа имеют наибольшую объемную скорость бурения. Станки этого типа при условии механизации спуско-подъемных операций будут еще более производительными. Машины с пневмоударниками, имеют значительно меньшую объемную скорость бурения, однако при обслуживании станка одним человеком производительность буриль­ щика немногим уступает производительности при шарошечном бу­ рении .

Колонковые перфораторы типа БУ-70У при обслуживании их одним рабочим имеют сравнительно высокую производительность по руде.

При применении буровых станков с тремя мощными колонко­ выми перфораторами можно отбивать 900—1000 т руды в смену.

389

Причем руда будет хорошо дробиться, так как в этом случае сква­ жины бурят диаметром 61—65 мм по сгущенной сетке. Уменьшение диаметра скважин влечет за собой уменьшение удельного расхода взрывчатых веществ как на первичном, так и на вторичном взрыва­ нии. Такие агрегаты наиболее целесообразно применять на рудниках, где требуется, помимо хорошей кусковатости руды, сохранять це­ лики (скважины большого диаметра вызывают в горном массиве нарушения, ослабляя несущую способность целиков).

Сказанное позволяет утверждать, что агрегаты с мощными ко­ лонковыми перфораторами найдут широкое применение в горной промышленности при подземной добыче руд.

На открытых разработках всеобщее распространение получили станки шарошечного бурения, которыми бурят скважины диамет­ ром 214—320 мм в породах с коэффициентом крепости 6—18. В по­ следние годы имеется тенденция к увеличению диаметра скважин, так как прочность инструмента при этом возрастает. Перспективны мощные станки шарошечного бурения с высоким осевым давлением и большими диаметрами долот. Готовятся к выпуску станки с осевым давлением 50—70 тс с повышенным числом оборотов. Бесспорным средством повышения производительности шарошечных станков является применение вибраторов: магнитострикционных и пневма­ тических.

Для отбойки руды взрыванием сдвоенных уступов необходимо выпускать станки с предельной глубиной бурения до 45 м.

Бурение скважин пневмоударниками на открытых разработках целесообразно производить там, где требуется диаметр скважины 130—165 мм и глубина скважины 20—45 м. Они рентабельны пре­ имущественно на карьерах малой производительности.

Областью применения мощных колонковых перфораторов являются скважины малого диаметра (50—105 мм) глубиной до 25 м. Такие скважины бурятся для отстройки бортов карьеров, для щелеобразования при экранировании бортов уступов и для целей эксплуата­ ционной разведки.

Рекомендации по бурению скважин большого диаметра в крепких породах являются наиболее сложными. При большом объеме буре­ ния таких скважии целесообразно применять огневое бурение. Большие объемы бурения влекут за собой установку крупных кисло­ родных станций, что позволяет иметь дешевый кислород. Указанный вид бурения следует применять по специальному проекту, которому должны предшествовать исследовательские работы по определению буримости горных пород месторождения.

Во всех других случаях станки шарошечного бурения остаются наиболее экономичными, особенно при применении скважин диа­ метром 269—320 мм.

Мощным средством повышения производительности пневмати­ ческих машин (особенно погружных) является повышение давления

390