книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

или когда бурение скважины начинается непосредственно с поверх­ ности, реактивный момент создается с помощью расчалок, опоя­ сывающих стабилизатор и крепящихся к буровой вышке.

После того как скважина пробурена на глубину 8 м, стабилизатор распирается в стенки скважины. Делается это следующим образом: агрегат слегка приподнимают над забоем скважины и клиновым

назначенного для бурения на большую глубину, должна быть соответственно увеличена длина воздушного колпака. На случай

с помощью четырехжилъного силового кабеля, три жилы которого подключают к трем фазам мотора, а конец четвертой жилы оголяют и свободно спускают его на 30 см ниже редуктора. Когда при утечке воздуха уровень промывочной жидкости в воздушном колпаке поднимается до оголенной части жилы кабеля, цепь заземлится, и на пульте управления загорится сигнальная лампочка. По этому сигналу агрегат поднимают на поверхность для осмотра.

При бурении скважины большого диаметра срыв и заклинка керна является наиболее ответственной операцией. В буровых агрегатах типа ТМ эта операция решена следующим оригинальным образом.

В кольцевом зазоре, защищенном коронкой, размещено подрез­ ное устройство из двух отрезков стального каната, равных примерно полуокружности коронки. На канаты надеты специальные резцы, облегчающие подрезку керна.

После обуривания керна на полную высоту (■—3 м) электродви­ гатель переключают на обратный ход и в работу вступают стальные канаты с резцами, подрезающие керн и удерживающие его при подъеме (рис. 227).

После окончания бурения ствола шахты на заданную глубину, ствол закрепляют металлической крепью.

Характеристика погружной буровой установки ТМ-2,3 при­ ведена в табл. 40.

Проектно-расчетная скорость бурения ствола шахты —200 м в месяц.

Следует отметить, что область применения буровой установки типа ТМ ограничивается крепостью горных пород и трудностью обеспечения герметичной защиты электродвигателя при большой

Установка колонкового бурения УКБ-3,6 предназначена для бурения вертикальных шахт диаметром 3,6 м вчерне глубиной до 500 м в мягких и средней крепости породах.

Буровая установка УКБ-3,6 (рис. 228) состоит из следующих ■основных частей: металлической трубчатой вышки, подъемной лебедки ■с талевой системой, ротора для вращения буровой колонны со сна­ рядом; двух колонковых буровых снарядов; оборудования для

Рис. 228. Общ ий вид буровой установки

УКБ-3,6.

1 — буровой колонковый снаряд, 2 — колонна бу­ рильных труб, 3 — сило­

буровая вышка, 8 — бу­ ровой механический ключ для свинчивания и развинчивания буриль­ ных труб, 9 — лебедка, 10 — силовой привод ле­ бедки, 11 — раздвижная платформа, позволяющая вскрыть ствол скважи­ ны — шахты для про­ пуска колонкового сна­ ряда, 12 — самоходная платформа для кернов.

транспортировки буровых снарядов и керна; оборудования для очистки и подачи промывочного раствора; устройства для спуска в ствол железобетонных колец и оборудования для тампонажа закрепленного пространства.

Техническая характеристика буровой установки дана в табл. 40.

Рис. 220. Схема шарошечного колонкового снаряда для бурения стволов диаметром 3,6 м.

а — в процессе бурения; б — в процессе подрезки керна.

Буровая установка УКБ-3,6 механизирует все основные про­

В породах средней крепости и крепких бурение ствола произво­ дится колонковым способом с разрушением 25—30% объема породы по контуру ствола и извлечением на поверхность остальной части породы в виде керна.

Бурение кольцевым забоем позволяет увеличивать удельные нагрузки на породоразрушающий инструмент, что обеспечивает более высокую механическую скорость бурения и снижает затраты энергии на разрушение породы по сравнению с бурением сплошным забоем.

Колонковый снаряд (рис. 229, а) оснащен шарошками и устрой­ ством для срыва керна.

Он представляет собой стальной цилиндр, к нижней части кото­ рого приварено стальное кольцо с двенадцатью шарошками и спе­ циальными рычагами для подрезки керна. Шарошки разрушают породу по контуру ствола, образуя кольцевое пространство глубиной, равной высоте керна (5—5,3 м).

Обуренный керн подрезается шарошками, смонтированными на специальных подрезных рычагах, которые поворачиваются в гори­ зонтальной плоскости (рис. 229, б). Поворот рычагов производится вертикальными валами, расположенными в стенке цилиндра, с по­ мощью гидравлических устройств, установленных в верху колонко­ вого снаряда. В породах невысокой крепости подрезка керна осу­ ществляется с помощью выдвижных канатов с резцами (см. рис. 227).

При проходке мягких пород можно бурить сплошным забоем; для этого в нижней части колонкового снаряда устанавливается специальная приставка, оснащенная шарошками (рис. 230).

Необходимая нагрузка на породоразрушающий орган создается весом снаряда. Вынос буровой мелочи с забоя ствола осущест­ вляется промывочным раствором, который откачивается с забоя на

поверхность через буровую колонну с помощью эрлифта. Очищенный от породной мелочи раствор самотеком поступает в ствол шахты.

Колонковый буровой снаряд соединяется с колонной бурильных труб диаметром 325 мм, которая вверху заканчивается рабочей трубой квадратного сечения. Спуск и подъем бурового снаряда производится буровой лебедкой с помощью талевой системы. Буриль­ ные трубы к устью ствола подаются с постамента при помощи тель­ фера и поворотной консоли.

Вращение бурового снаряда осуществляется ротором, который установлен на платформе, перекрывающей ствол шахты в процессе бурения. Свинчивание и развинчивание труб буровой колонны производится с помощью ротора и специального устройства. Керн, поднятый буровым снарядом на поверхность, отвозится на специаль­ ной платформе в отвал, где его сбрасывают при помощи телескопи­ ческих гидравлических домкратов, установленных на платформе.

Буровая установка снабжена комплектом ловильного инстру­ мента для ликвидации аварий при поломке буровой колонны.

Приводы всех основных узлов буровой установки УКБ-3,6 индивидуальные, электрические.

При бурении в песчаниках и песчанистых сланцах придержи­ ваются следующих режимных параметров: нагрузка бурового сна­ ряда на кольцевой забой 30—36 тс, скорость вращения бурильной колонны 26—28 об/мин. При этих режимах достигается механическая скорость бурения: по песчаникам 0,8—0,9 м/ч и по песчанистым сланцам 1,0—1,3 м/ч.

В глинстых сланцах бурение ведется при нагрузке на забой 20— 22 тс и скорости вращения снаряда 24—25 об/мин. Механическая скорость бурения при этих режимах составит 1,0—1,5 м/ч.

Наиболее рациональными числами оборотов бурильной колонны при подрезке кернов следует считать 25—26 об/мин в начале подрезки с постепенным увеличением к концу подрезки до 32—36 об/мин.

Смазка всех узлов оборудования буровой установки производится от центральной смазочной станции, смонтированной в особом поме­ щении вблизи буровой.

Крепление ствола шахты производится железобетонными коль­ цами, которые секциями по шесть колец опускаются на буровой колонне с нижним прицепным устройством. Роторная площадка при этом откатывается и освобождает устье скважины. Зазор между стенкой ствола и железобетонными кольцами заполняется цементно­ песчаным раствором.

§ 3. БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ РТБ

Установка реактивно-турбинного бурения предназначена для проходки стволов шахт в породах средней крепости диаметром вчерне до 6,2 м на глубину 800—1000 м.

Основные узлы установки: буровая вышка, эстакада для буриль­ ных труб, раздвижная платформа над устьем ствола шахты, буровая

машина с приводом, талевая система грузоподъемностью 300 т,. эрлифтная установка, буровая колонна.

Буровой забойный агрегат состоит из нескольких турбобуров.

Рис. 231. Буровая установка РТБ-2,08.

1 — буровая ; вышка,

компрессор, 7 — бу­ ровые насосы, 8 —ж е­ лоб для и глинистого раствора, 9 — плита, іо — траверса, и — переходник к буриль­

ным трубам.

Принцип работы буровой установки заключается в следующемГлинистый раствор грязевыми насосами через буровую колонну подается в турбобуры, соединенные траверсой. При работе турбо­ буров шарошечные долота разбуривают породу. В результате работы долот в турбобурах возникают реактивные моменты, которые вра­ щают буровую колонну, благодаря чему долота разбуривают всн> площадь забоя ствола шахты.

Буровая установка РТБ-2,08 предназначена для бурения вен­ тиляционных, разведочных и вспомогательных стволов шахт в поро­ дах средней крепости диаметром 2,08 м вчерне глубиной 250—300 м.

Реактивно-турбинная установка состоит из буровой вышки, буровой лебедки, ротора, талевой системы, вертлюга, бурильных труб, компрессора, буровых насосов, реактивно-турбинного агрегата (рис. 231).

Реактивно-турбинный агрегат собран из четырех параллельно расположенных турбобуров, жестко соединенных между собой вверху траверсой, а внизу плитой с четырьмя отверстиями. При помощи переходника 11 траверса соединяется с колонной бурильных труб.

Отработанный в турбобурах глинистый раствор выносит разбу­ ренную породу из забоя ствола шахты.

При бурении ствола диаметром 2,08 м в работе одновременно находятся три турбобура и три — четыре буровых насоса для подачи глинистого раствора. Долото среднего турбобура обрабатывает центральную площадь диаметром 1,02 м, а два крайних долота раз­ рушают кольцевую часть забоя ствола.

После бурения стволы шахт закрепляют металлическими или железобетонными кольцами.

Установками реактивно-турбинного бурения пройдено несколько вентиляционных стволов шахт.

Ствол шахты № 22 треста Кировуголь Ворошиловградской обл. глубиной 162 м пробурен и закреплен металлической крепью за 37 рабочих дней. На чистое бурение ствола затрачено 156 ч. Меха­ ническая скорость бурения ствола составила 1,04 м/ч.

На шахте № 100-бис пробурили вентиляционный ствол диаметром

промывочной жидкости на одну установку до 200 л/с.

За рубежом установками РТБ сооружено более 40 стволов шахт общей глубиной более 14 000 м.

Дальнейшая работа по усовершенствованию и созданию новых высокопроизводительных буровых установок дает основание утвер­ ждать, что развитие техники и технологии проведения стволов шахт способом бурения является технически прогрессивным и перс­ пективным. Этот способ найдет широкое применение при проведении стволов шахт в горной, горнорудной и нерудной промышленности,

.а также в практике геологоразведочных работ при детальной раз­ ведке сложных рудных тел.

НОВЫЕ СПОСОБЫ БУРЕНИЯ

Введение

Основными недостатками механических способов бурения является быстрый износ рабочих элементов породоразрушающего инструмента в крепких породах.

Стремление создать новые, более эффективные способы бурения привело к возникновению новых перспективных направлений с исполь­

Новые способы разрушения и бурения горных пород по видам энергии, подаваемой в зону работы рабочего наконечника, условно можно разделить на: 1) термические, 2) взрывные, 3) гидравлические,

4)электрофизические и 5) комплексные.

Термический способ уже успешно применяется при бурении взрыв­

ных скважин в крепких породах.

Взрывной и гидравлйческий способы проходки скважин нахо­ дятся в стадии доводки.

В лабораторных условиях исследуется возможность использо­ вания для бурения скважин различных электрофизических и ком­ плексных способов.

§ 1. ТЕРМИЧЕСКОЕ БУРЕНИЕ

Термическое бурение наиболее перспективно в весьма крепких, богатых кварцем породах.

Исследованиями было установлено, что наиболее работоспо­ собными являются реактивные горелки, обеспечивающие высокую температуру факела и большое тепловыделение. Для эффективного термобурения требуется температура факела в пределах 2250— 3000 °К, а скорость истечения раскаленных газов в пределах 1800— 2200 м/с.

Механизм разрушения горных пород при термобурении представ­ ляется в следующем виде. ~ '

Струя раскаленных газов со сверхзвуковой скоростью ударяет по породе, вызывая в ее наружной зоне большие напряжения, дости­ гающие предела ее прочности. Факторами, вызывающими напряжение в породе, являются, во-первых, очень быстрый нагрев поверхност­ ного слоя и, как следствие, термические напряжения, и, во-вторых, динамическое воздействие струи газа, усиливающее напряжения до значений, превосходящих предел прочности. В результате верх­ ний слой породы растрескивается и отделяется в виде нагретых частиц от ненагретого массива. При перегреве отдельных участков забоя, не отделившихся от массива, возможен расплав этих участков.

Чем больше разница в значениях коэффициентов расширения и теплопроводности минералов и цементирующего вещества, сла­ гающих породу, чем выше степень анизотропии породы, больше ее монолитность, крепость, хрупкость и упругость, тем легче она разрушается при термобурении.

Кинетическая энергия движущегося потока газа пропорциональна квадрату его скорости движения. В момент удара потока газов о забой скважины кинетическая энергия при переходе в потенциальную способствует дополнительному тепловыделению, усиливающему раз­ рушающее действие при термобурении.

Наиболее высокие скорости проходки скважин при термобурении наблюдаются при режимах работы горелки, обеспечивающих раз­ рушение породы кусочками, «шелушение» породы, без плавления. Для некоторых пород (кварциты, роговики) такой характер разру­ шения наблюдается при температурах нагрева породы около 1500— 1800 °К.

По конструкции рабочего органа современные станки термического бурения разделяются на станки с вращающимся и невращающимся рабочим органом. Последние используются при бурении весьма крепких монолитных пород.

Станок СБО-160/20 (СБО-2) предназначается для термического бурения взрывных скважин диаметром 180—220 мм глубиной до 20 м в крепких монолитных породах. Скважина может быть расши­ рена на любой глубине до диаметра 500 мм, образуя «котел» для помещения в нем большого количества ВВ, что повышает произво­ дительность скважины, увеличивая выход взорванной породы.

Станок СБО-160/20 выпускается с горелками двух модификаций: а) работающими на жидком горючем и газообразном кислороде и б) работающими на жидком горючем и сжатом воздухе.

Соответственно станок снабжается либо реципиентом, пред­ ставляющим собой передвижную батарею кислородных баллонов, либо двумя и передвижными компрессорами ДК-600. Питание станков газообразным кислородом и сжатым воздухом может производиться от магистралей, если кислородный завод или компрессорная станция расположена вблизи карьера.

При применении в виде окислителя кислорода скорость терми­ ческого бурения в 2 раза выше, чем при окислителе — сжатом воз­ духе.