книги из ГПНТБ / Ассонов В.А. Буровзрывные работы учебное пособие для горных техникумов

гории крепости производительность станка БМК-2 составила 14 м!смену при диаметре скважины 100—106 мм. При работе в од­ ной выработке нескольких станков лучшие бурильщики обслужива­ ют одновременно два.

Для предупреждения производственного травматизма каждому

рабочему выдается инструкция, в которой изложены все указания по выполнению буровых работ и основные меры безопасности при

обслуживании буровых станков. Перед установкой станка буриль­ щик проверяет устойчивость кровли и ликвидирует заколы и отслое­ ния породы; на открытых горных работах машину устанавливают

не ближе 2,5 м от бровки уступа. Подходы к станку должны быть свободными.

Все движущиеся части машины ограждают, а электродвигатели и пусковую электроаппаратуру заземляют.

Прежде чем включить электродвигатель или какой-нибудь дру­

гой вращающийся механизм, бурильщик обязан осмотреть враща­

тель и другие части буровой машины и убедиться в их исправно­ сти.' При обнаружении дефектов следует принять меры к устра­ нению их. При смене коронки или наращивании штанг необходимо

Глава VI1

НОВЫЕ СПОСОБЫ БУРЕНИЯ И НОВЫЕ БУРОВЫЕ СТАНКИ. ТЕХНИКА БУРЕНИЯ ЗА РУБЕЖОМ

Для повышения производительности труда при работе на буро­ вых машинах отечественными учеными и инженерами были разра­ ботаны и внедрены мероприятия по применению специальных рас­ творов-понизителей для снижения крепости буримых пород и соз­ даны новые конструкции буровых механизмов (погружные перфо­ раторы, новые конструкции станков для вращательного и вибро-

вращательного бурения). Были разработаны и осуществлены но­ вые виды бурения термическое и гидравлическое.

§ 28. Понизители твердости и применение их при бурении

Физико-механические свойства горных пород изменяются во времени под влиянием окружающей среды '. Для горных пород,

залегающих на поверхности, такой средой являются: воздух, вода, лед, а на глубине — вода с растворенными в ней солями и кисло­

тами.

Процесс воздействия среды может быть очень длительным и исчисляться столетиями и тысячелетиями. Такие процессы, как выветривание, иногда приводят к полному распаду горных пород.

1 Эти изменения в основном обусловливаются физико-химическими явления­ ми, протекающими на поверхности границы твердое тело — окружающая среда-

120

Выветривание разрыхляет горные породы и сильно понижает их твердость, причем прочность пород возрастает с уменьшением

размеров зерен породообразующих минералов, вследствие чего колебания прочности у мелкозернистых горных пород значительно меньше, чем у крупнозернистых.

Одним из важнейших факторов выветривания горных пород яв­

ляется вода. П. А. Ребиндер разработал основные закономерности

воздействия водной среды на твердое тело, а также теорию дейст­ вия понизителей твердости горных пород. 1

Степень действия воды на механические свойства горных пород в значительной мере определяется их пористостью и трещиновато­ стью, позволяющими воде проникнуть в глубь горной породы и

смочить всю доступную ей поверхность. Опыты показали, что, на­ пример, прочность пористых горных пород (известняков и песчани­ ков) на сжатие при насыщении водой уменьшается на 25—45%. Еще более эффективное понижение твердости горных пород дости­ гается добавкой к воде так называемых понизителей твердо­ сти, которые по химическому составу и свойствам делятся на два

условиях, скорость бурения в горных породах с применением пони­ зителей твердости возрастает на 10—30% по сравнению со скоро­ стью в тех же породах при действии на них водой.

1 Понизители твердости при своем воздействии на горные породы облегчают их разрушение.

121

Сущность этого способа заключается в том, что при

воздействии на породу пламенем, имеющим высокую температуру, происходит значительное увеличение объема породы, которое при­ водит к растрескиванию и разрушению ее. Разрушенные частицы уносятся на поверхность водяным паром.

Изготовленные Коунрадским медным рудником термические бу­ ры имеют горелку, сальниковое устройство для подвода кислорода, керосина и воды, привод для вращения бура со скоростью 25— 30 об/мин от электродвигателя мощностью 3 кет. Рабочие части горелки (камера сгорания, сопловая головка и форсунка) заключе­ ны в трубу с системой водяного охлаждения. Газообразный кисло­

род из баллонов через редукторный клапан поступает к горелке под давлением 7 ат и, пройдя через крыльчатку предохранительного клапана, смешивается с керосином и проходит через четыре распо­ ложенные под углом щели клапана в камеру сгорания.

Керосин под давлением 7 ат попадает в камеру по трубопроводу диаметром 6 мм из кольцевого зазора, имеющего 6-мм отверстия, и подается встречным потоком воздуха в струю кислорода. Частич­ ное смешивание кислорода и керосина происходит в расширении трубы (диффузоре), окончательное — при входе в камеру сгорания. Камера сгорания охлаждается водой, которая через 5-мм радиаль­ ные отверстия в конце корпуса горелки подходит к забою скважи­ ны. Расход воды составляет 1 500—2 000 л/час. Кроме того, для понижения температуры газов и защиты стенок камеры и сопла по трубке диамером 6 мм внутрь камеры сгорания под давлением 10— 13,5 ат подается вода в количестве 47 л/час. Камеры сгорания из­

и жароупорной стали. По стойкости лучшими оказалась камера сгорания длиной 220 мм из жароупорной стали, а лучшей горел­ кой— трехсопловая из жароупорной стали. Форсунка — центро­ бежная со вставной звездочкой. На поверхности форсунки выре­ заны пазы для поступления кислорода в камеру. Форсунка обес­ печивает достаточно тонкое распыление горючего в количестве

30 кг!час. Для защиты сопловой головки от механических повреж­ дений и истирания о породу на кожухе имеются защитные высту­ пы, охлаждаемые водой.

При термическом бурении полезный диаметр скважин 150—

180 мм. При необходимости увеличения диаметра скважин требу­ ется повторное прожигание. В крепких кварцитах скорость тер-

122

мического бурения при диаметре скважин 180 мм составила 9— 10 м/час. На 1 л керосина расходовалось от 1,5 до 2,3 м3, кислоро­ да; температура газового потока 1400—1700°. Средний расход ке­ росина 50—60 л!час, кислорода 80—90 м^час, воды 40—50 л1час.

В Кривом Роге с 1959 г. находится в опытной эксплуатации станок термического бурения, сконструированный институтом Гипрорудмаш на базе станка ударно-канатного бурения БС-1. Станок

имеет однокамерную медную трехсопловую горелку. Наружный диаметр рабочего инструмента 130 и 160 мм. В камеру сгорания подается смесь тонкораспыленного керосина с газообразным кис­ лородом через форсунку эжекторного типа. В процессе огневого бурения горелка вместе с штангой непрерывно вращается со ско­

ростью от 8 до 40 об/мин.

Гидравлический способ может быть использован при

бурении скважин диаметром до 400 мм, глубиной 9—10 м в не­

скальных грунтах. По эток способу (рис. 52) в обсадную трубу

от насосной установки 2

нагнетается под давлени­ ем вода, которая подается к забою скважины по шлангу 3, сальнику 4 и трубе 5. По мере размыва грунта обсадная труба опускается под тяжестью собственного веса или в результате вращения ее воротом.

При скважинах глуби­ ной до 3 м размытый грунт вытекает из отверстия трубы. При более глубо­ ких скважинах отверстие трубы закрывается крыш­ кой 6, и пульпа под дав­ лением воды выжимается вдоль наружных стенок скважин.

По достижении задан­ ной глубины подачу воды

прекращают и в освобож­

ленный на треноге.

123

Средняя скорость гидравлического бурения в легких суглинках

и плывунах около 1 мрмин при глубине скважин до 8 м. Выработка на одного рабочего в смену достигала 27 м.

В легких песчаных суглинках при глубине скважин до 8 м,

диаметром 330 мм производительность бурения на одного рабоче­ го составила 9,3 м. Расход воды 0,8—0,9 л)мин на 1 см2 сечения

трубы.

§ 30. Бурение погружными перфораторами

Наряду с широким внедрением ударно-вращательного бурения с помощью пневмоударников за последние годы стали внедряться

погружные перфораторы, принцип работы которых заключается в

том, что в скважину диаметром от 90 до 150 мм по мере ее углуб­ ления погружается перфоратор, имеющий как ударный, так и по­ воротный механизмы.

В 1955 г. заводом «Коммунист» выпущен погружной перфора­

тор ПШ-20 (рис. 53) для бурения скважин диаметром 90 мм и глубиной до 50 м. Он имеет двойной поршень и поворотный меха­ низм. При бурении перфоратор входит в скважину вслед за коронкой. Осевое давление осуществляется специальным механиз­

мом. Очистка скважин от буровой мелочи производится водой.

Рис. 53. Погружной перфоратор ПШ-20

Буровая штанга состоит из двух труб. Вода поступает по внут­ ренней трубе, а сжатый воздух — по кольцевому пространству между трубами. Соединять штанги нужно очень тщательно, чтобы

вода из внутренней трубы не могла проникнуть в кольцевое прост­ ранство и смешаться со сжатым воздухом. Перфоратор устанавли­ вается на распорной винтовой колонке с пневмоподатчиком. Ци­ линдр перфоратора разделен полумуфтами на две полости, в кото­ рых двигаются два поршня-ударника. Такая конструкция увеличи­ вает силу удара. Перфоратор Имеет поворотный механизм с гели­ коидальным стержнем. Поворот на небольшой угол происходит при

124

холостом ходе. Буровая коронка имеет одно опережающее и два

основных лезвия, армированные пластинками твердого сплава.

Сменная производительность перфоратора в крепких породах (XI и XII категорий твердости) —5—6 м скважины диаметром 70 мм

при давлении 5—6 ат. Скорость бурения на глубине 16—17 м со­

ставила 48 мм/мин; средний расход воздуха 3,2 м31мин. С 1956 г. на основе производственных испытаний заводом «Коммунист» вы­ пускается погружной перфоратор ПШ-50, предназначенный для бурения скважин глубиной до 50 м и диаметром до 150 мм.

Установка«ПШ-50 (рис. 54) состоит из перфоратора 1, ручного винтового податчика 2, держателя, 3, буровой штанги 4, фильтр-

Рис. 54. Установка для бурения перфоратором ПШ-50

автомасленки 5, винтовой распорной колонки 6, коронки 7. Кроме

того, на колонке устанавливается пневмоподатчик. Ручной винто­

вой податчик предназначен для подачи перфоратора на забой в

процессе бурения; пневмоподатчик служит для быстрого извлече­

ния перфоратора из скважины при смене коронки. Устройство пер­ форатора ПЩ-50 сходно с устройством перфоратора ПШ-20, но

буровая штанга состоит из одной трубы, по которой подается сжа­ тый воздух; вода поступает в перфоратор по шлангу 8. Коронка

перфоратора имеет одно опережающее лезвие и два основных. Ско­ рость бурения в породах XI и XII категорий твердости при диа­

метре скважин 150 мм, давлении сжатого воздуха 5 ат и числа ударов 2 200 уд/мин составила 40 мм/мин. Расход сжатого воздуха около 10 M3ilMUH.

Техническая характеристика погружных перфораторов дается в табл. 22.

125

производительности труда при бурении скважин, за последнее вре­

мя как в СССР, так и за рубежом отыскиваются пути, по которым должно направляться совершенствование буровых машин. Ниже дается описание некоторых новых станков, характеризующих те направления, в которых решаются эти задачи как в СССР, так и за границей.

Для вращательного бурения в крепких и весьма крепких поро­ дах сконструированы станки, работающие при помощи шарошеч­ ного долота с продувкой сжатым воздухом для удаления буровой

мелочи, и станки с погружными перфораторами.

начен для бурения скважин диаметром до 225 мм с углом наклона

Станок БСШ-1 сконструирован институтом Гипроуглеавтоматизация для бурения в породах до XII категории твердости под углом 65—90° к горизонту; диаметр скважин до 214 мм, глубина

до 35 м; осевое усилие до 15 т; общий вес около 20 т.

Станок БМ 150 К с погружным перфоратором сконструирован

Институтом горного дела Сибирского отделения АН СССР сов­

местно с Магнитогорским заводом горнорудного оборудования.

126

Он применяется на открытых горных работах при бурении верти­ кальных, наклонных и горизонтальных скважин диаметром 150 мм и глубиной до 20 м.

Станок представляет собой самоходную установку на гусенич­

ном ходу. На раме станка установлены механизм вращения и ав­

томатическая подача. На нижнем конце става буровых штанг укрепляется погружной перфоратор с буровой коронкой. Перфо­ ратор имеет 2200 уд/мин. На раме станка устанавливаются так­

же два компрессора производительностью 9 м31мин каждый. Сменная производительность такого станка составляет в поро­

дах IX—X категорий твердости 60—70 м, в породах XI—XII кате­

горий более 21 м. Вес около 15 т.

Станок УВБ-25 сконструированный и изготовленный централь­ ным конструкторским бюро Министерства геологии и охраны недр

СССР по заказу треста Союзвзрывпром, предназначен для вибровращательного бурения скважин на открытых работах (рис. 55).

Рис. 55. Станок УВБ-25

127

Сущность вибро-вращательного бурения заключается в том, что вращающиеся от электродвигателя буровые штанги с рабочим на­

конечником вибрируют от специального механизма—вибромолота.

Таким образом, порода в забое скважины разрушается совместным действием удара и вращения наконечника. Станок установлен на гусеничном ходу и имеет три электродвигателя: один мощностью 14 кет для приведения в действие вибромолота, второй — мощ­ ностью 7 кет для вращения бурового инструмента, свинчивания и развинчивания штанг и третий — мощностью 7 кет для привода

промывочного насоса и ходового механизма. Станок предназначен

для бурения скважин диаметром 140— 150 мм и глубиной до 25 м

на открытых разработках. Подача бурового инструмента механи­

ческая и в зависимости от заданного машинистом давления на за­ бой самоустанавливающаяся. Скорость подачи 0,48 м?мин. Подъем бурового инструмента осуществляется лебедкой грузоподъемно­

стью 3 т.

Буровой инструмент станка — трехшарошечное долото, но станок может работать и с другими видами наконечников. Очистка скважин от буровой мелочи и охлаждение долота производится сжатым воздухом; при бурении в водоносных породах предусмот­ рена очистка скважины промывочной водой, подаваемой насосом,

установленным на раме станка.

Станок может бурить скважины с углом наклона от 90 до 60°. Ниже приводится техническая характеристика станка:

Станок имеет кнопочное управление. Опытные работы показа­ ли, что скорость чистого бурения пород XII и XIII категорий твер­ дости равна 2,82 м)час.

Станок ВС-1 имеет жесткую винтовую подачу, обеспечивающую осевое давление до 5000 кг при числе оборотов шпинделя 80 об/'мин. Длина подачи 300 мм, вес 250 кг. Станок предназначен для шарошечного бурения скважин диаметром 135 мм и глубиной до 60 м в подземных условиях.

На рис. 56 показана кинематическая схема станка ВС-1. От

электродвигателя I вращательное движение передается через кли­ ноременную передачу 2 на червяк 3 и далее через червячную ше­

стерню 4 жестко сидящую на вращающейся втулке 5, шпинделю

6 через скользящую шпонку 7. Подача станка производится с по­ мощью винта 8, соединенного со шпинделем через упорные шари­ коподшипники 9 и гайку 10, которая получает движение от храпо­ вого рычага 11 через червячную пару 12 и 13. В патронах 14 кре­

пятся штанги 15, несущие шарошечное долото 16.

128