1.Современные способы сооружения стволов шахт, предъявляемые к ним требования. Преимущества, недостатки, перспективы применения. Основные способы проходки стволов: Горнопроходческий (традиционный). Бурение. Основные требования горной промышленности проходки стволов: обеспечение безопасности проходки; снижение материальных затрат и увелечение скорости проходки. Преимущества горнопроходческого способа: 1.Возможность варьировки диаметра и глубины. 2.Большой опыт производства работ и развитая техника и технология. 3. Гибкость в реагировании на изменения геологических условий проходки. 4. Меньше инвестиций в оборудование, применяемое при реализации других проектов. Недостатки горнопроходческого способа: 1.Подземный труд и его опасность. 2.Потребность в значительном количестве квалифицированного персонала. 3.Отсутствие потенциала для значительного улучшения технико-экономических показателей. Преимущества бурения: 1.Высокая степень безопасности труда. 2.Возможность совмещения разрушения породы при углубке и подъема разрушенной породы на поверхность. 3. Значительное снижение численности квалифицированного персонала. Недостатки бурения: 1.Ограничения по диаметру бурения. 2.Меньше скорость проходки в нормальных геологических условиях. Основные требования горной промышленности к проходке стволов: 1.Обеспечение безопасности проходки. 2.Снижение материальных затрат и увеличение скорости проходки. Перспективы применения: Выработки диаметром 3 м в 90% случаев проходят бурением. Диаметром 4 м в 10% - бурением. До Ø 9 м – горнопроходческим способом.
7. Схема расположения оборудования на промплощадке при бурении стволов методом Wirth. Отличия в наборе оборудования при использовании установки Wirth по сравнению с установкой Уралмаш 4Э-76. 1. Т.к. бурения с обратной эрлифтной промывкой, то вместо насосной осн. и подкачивающей располагается компрессорная станция. 2. В системе очистки п.ж. нет виброгрохота и гидроциклонов, т.к. установки гидрофицированы, то имеется блок гидрооборудования. 3. В состав блока по приготовлению п.ж. входят: склад сыпучих (глина, глинопорошок), глиномешалка или ФСМ, скрепер для подачи сыпучих в люк глиномешалки или ФСМ, центробежный насос ШН-270/40 для подачи технической воды. Поворотный кран КПБ-3М, насос 9МГр, для перекачивания приготовленной жидкости. 4. В блоке приготовления тамп. р-ра не будет ФСМ. И добавится силос для хранения цемента.
11. Типоразмеры и конструктивные особенности двухтурбинных РТБ. Схема двухтурбинного РТБ. Диаметры двухтурбинного РТБ: 760, 920, 1020, 1170,1300 мм. При диаметре больше чем 1020 мм на забое образуется керн.
9.Устройство турбобура на примере Т12РТ-240. Принцип действия, основные параметры технической характеристики. Мах количество пар «ротор-статор» - 120 шт. Расход на привод 45 л/с. Частота вращения 600 об/мин. Крутящий момент на валу 1900-2200 Нм. Длина при 320 парах – 8,5 м. Максимальная мощность 180 кВт.
12. Типоразмеры и конструктивные особенности трехтурбинных РТБ. Схема трехтурбинного РТБ. Диаметры трехтурбинного РТБ: 1170, 1260, 1300, 1520,1560 мм. Керн в срединной части забоя не образуется, поэтому меньше аварий и большая скорость проходки. Существует также схема РТБ при которой размещают 3 турбобура и 1 корпус. Диаметры
турбобуров: 1720, 2080, 2250, 2600 мм. В отличии от предыдущих, центральный турбобур смещен от центра оси. Наличие пустого корпуса придает конструкции агрегата необходимую жесткость.
13. Типоразмеры и конструктивные особенности четырехтурбинных РТБ. Схема четырехтурбинного РТБ. Четырехтурбинный РТБ диаметром 3000 мм. Все турбобуры располагаются в одной плоскости. Недостаток в том, что при бурении образуется забой не совсем округлой формы.
Четырехтурбинные РТБ диаметром 2700, 3200, 4000, 5000 мм. Характерно пространственное расположение турбобуров а также чуть большее искривление ствола. Длина агрегата 11-15 м, масса 12-60 т, а обозначении типоразмера РТБ (3000),указывают основной диаметр, но фактический диаметр может отличаться от основного в зависимости от комплектаций долотами в этом случае говорят о вспомогательном диаметре.
16. Типовые конструкции стволов шахт. Порядок проектирования, рекомендуемые зазоры. Пример обозначения. Требования по зазорам между стенкой ствола и крепью: Ø 1-1,5 м зазор на сторону 100-120 мм. Ø1,5-2 м зазор на сторону 150-200 мм. Ø>2 м зазор на сторону 250-300 мм. Все колонны тампонируются на всю высоту. 5500/5400×16(10)5200/5000×16(76)4700/4200×16(300)4000/3500×16(285…692) (Ø бурения, Ø крепления, толщина стенки) Дбур=ДОТ (нар) +2Δ, Δ-зазор на сторону
17.Устье, его назначение, порядок сооружения в различных горно-геологических условиях. Особенности горнопроходческого способа проходки. Устьевая часть может быть пройдена горно-геологичеким способом и способом бурения. При горно-проходческом способе применяются такие комплексы: 1.КПШ-2, КПШ-3 глубиной до 30-40 м. 2.ПАШ-100 глубиной до 100 м. В состав входят: экскаватор, автокран, подвесная опалубка, проходческие лебедки и бадьи, компрессор, погрузчики, перфораторы, источники энергоснабжения. При ƒ≤1,5 – выемку проводят экскаваторами и лопатами ƒ>1,5 – шпуры и заряд ВВ
18.Сооружение устьев бурение породах средней крепости и крепких. Характерные особенности укороченного РТБ, агрегатов ТАБУСС-1 и ТАБУСС-2. Для сооружения бурения: В породах средней крепости и крепких применяются укороченный РТБ. Его отличие от обычного в меньшем количестве ступеней «ротор-статор» (уменьшают со 120 до 40), в меньшей высоте резинно-металлической пяты (число подпятников сокращают с 10 до 6), уменьшение хвостовика вала. Выгадывают до 2,5 м высоты РТБ. Кроме укороченных РТБ применяют агрегаты: ТАБУСС-1, ТАБУСС-2. Конструктивно аналогичны укороченным РТБ за исключением в ТАБУССе-1 в траверсу снизу запрессованы не ниппеля на корпусе турбобуров, а сами корпуса, долота наворачивают прямо на валы турбобуров без переходников. В результате высота агрегата 3650 мм, но вилка бура нарезаемая (что не удобно). В ТАБУССе-2 в траверсу запрессованы не корпуса ТБ, а резьбовые втулки, а втулки для резьбового соединения с корпусами. Внутри втулок находится начало вала. В результате высота 3850 мм.
24. Меры по уменьшению поглощения ПЖ в процессе бурения ствола. Схемы осуществления мер. Для экономии расхода тампонажного раствора предпринимают:
25. Аварии при РТБ. Инструмент для ликвидации 1. Оставление бура на забое. Причины - отвинчивание по резьбе из-за недостаточной затяжке и повышенного износа резьбы; обрыв бура при натяжении снаряда и завале; дефектах
БТ и соединений, при ударе о низ ОК во время подъема. Поднимают: 1) канатная петля; 2) колокол с ниппелем замка (при отвинчивании по резьбе)
1 – ниппель замка; 2 – коническая поверхность; 3 – обечайка ОТ. 3) Крюк с гидралическим затвором - спускают на КБТ. При необходимости уточнить глубину и положение оборванного бура исп печати
положение оборванного бура исп печати 1-центральный ниппель траверсы; 2 – крюк; 3 – защелка; 4-клин; 5-направляющая планка; 6-гидроцилиндр; 7- соединительный переходник.
2. Оставление металла на забое (поломки нижней части вала турбобура, переводников, долот, обрыв лап и шарошек). Причины – не качественное изготовление; нарушение режима бур; удары долот при СПО; образование керна на забое. Устраняют: 1) Если нет шлама и глубина до 500 м исп электромагнит; 2) Винтовой грейфер. 3. Падение в выработку вала турбобура. Причина – обрыв или развинчивание втулки – прим крюк с гидравлическим затвором.
|
2.История бурения стволов шахт. Особенности отечественных буровых установок УЗТМ -6.2(8.75), УКБ-3.6. История стволового бурения: Первый ствол в мире пробурили в 1894 г. диаметром 2,8 м глубиной 68 м в Голландии инженером Хонигманом. Роторной установкой с лопастным буром и обратной промывкой, утяжеленным раствором. В СССР первый ствол был пробурен в 1938 г. Ивановым и Щепотиным, установка заимствована с нефтяного бурения,роторного типа, долото диаметром 600 мм и комплект расширителей до диаметра 2400 мм. Промывка прямая и обратная. В 53-55 гг. под руководством Маньковского на УралМаше создана установка УЗТМ -6,2 а позже УЗТМ-8,75. Особенность: ротор с обратной эрлифтной промывкой, бур оснащен шарошками, Ø ствола 6,2 м и 8,75 м. Глубины до 400 м. Из-за большой потребляемой мощности и грамоздкости дальнейшего применения не получили. В тоже время в ЦНИИ Подземмаш разработали установку УКБ-3,6. Особенность: возможность как безкернового бурения в мягких породах и колонкового в твердых породах. Промывка прямая, но возможна и обратная. Длина колонковой трубы – 13 м, по торцу трубы располагаются шарошки, для подрезания и удержания керна в трубе смонтированы поворотные рычаги. Ø керна – 3,08 м. С 70-х годов начали применяться установки реактивно-турбинного бурения, сначала в скв. Ø до 1 м. (2-х турбинный агрегат), в стволах Ø до 4 м. За рубежом выпускаются установки по принципу действия подобные установки Хонигмана.
3.Классификация вертикальных горных выработок большого диаметра применительно к бурению: 1.Шахтный ствол, диаметр 4, м и больше. 2.Вспомогательный ствол, диаметр 1,8-4,8 м. 3. Скважина большого диаметра, диаметр 324-1720 мм. 4.Шурф диаметром до 1,6 м, глубиной до 80 м.
8.Общая схема установки реактивно-турбинного бурения шахтных стволов. Типы применяемых буровых установок. Устройство для выполнения СПО. Для бурения стволов и скважин большого диаметра используют установки с электрическим приводом. Для скважин большого диаметра используют установки: УБВ-600, БУ50, БрЭ, БУ-75БрЭ, БУ-80БрЭ. Для стволов: Уралмаш-3000БЭ, Уралмаш-4Э-76. Установки обязательно доукомплектовуются буровыми насосами по количеству турбобуров в агрегате.
Вышки: башенного типа (в обозначении ВБ и мачтовые V-образные ВА). Башенные собираются посекционно, начиная с верхней секции, заканчивая нижней, приподнимая подъемниками. Мачтовые собирают в горизонтальном положении, после чего поднимают вертикально. Лебедка: для спуска и подъема б.к., передачи вращения на ротор и механизации вспомогательных работ. Маневровая лебедка: монтируется в створе приемных мостков (в конце) и служит для подачи к устью и выноса б.т., турбобуров и перемещения подроторной рамы. Талевая оснастка: для скважин большого диаметра 3×4, 4×5. Скорость навивки каната на барабан не должна превышать 20м/с. Канаты: с линейным касанием проволок в пряди, Ø 28-35 мм. Крюкоблок – это талевый блок соединенный с крюком. Используется для присоединения колонны бурильных труб. Крюк трехрогий, средний используется для подвешивания вертлюга при бурении, а боковые для соединения через штропы с элеватором для проведения СПО.
Элеваторы – для захвата и удержания б.т. и о.т. (небольшого Ø или до 325 мм). Для безмуфтовых о.т. применяют клиновые элеваторы. Ротор: вращение передается от лебедки. Для получения небольшой частоты, 2-12 об/мин задействуют аварийный привод буровой установки. Ротор имеет пневматический клиновой захват для работы с б.т. Буровой насос: в тяжелых установках Уралмаш - У8-6МА2, подача регулируется только сменой цилиндрованых втулок, максимальная подача - 5,9 л/с. для диаметра втулки 200 мм. Количество насосов из расчета 1 насос на 1 турбобур + 1 запасной насос. Вспомогательные насосы: для тампонирования затрубного пространства (насос 9МГр), для перекачивания технической воды и п.ж. центробежные насосы ШН-270/40. Компрессорная станция: КСЭ-5М для снабжения сжатым воздухом низкого давления основного и вспомогательного оборудования. Вертлюг находится в масляной ванне. Штропы – вытянутые кольца, нужны для подсоединения.
15. Конструкции стволов шахт, проходимых бурением: предъявляемые требования, исходные данные для проектирования, основные обсадные колонны. Должны обеспечивать: 1.Доведение выработки до проектной глубины. 2.Предотвращение осложнений во время бурения. 3.Вертикальность. 4.Отсутсвие водопритоков и газопроявлений или малое их количество (до 5 м3/ч – остаточный водоприток). 5. Минимальность затрат. Исходные данные для проектирования конструкции: 1.Назначение выработки. 2.Проектная глубина и Ø в свету. 3.Горно-геологическая и гидрогеологическая характеристика района. Состоит из: 1.Устье (форшахты) – для перекрытия наносов и размещения агрегата для последующего бурения. Глубина 10-30 м. В слабых породах (лёсы, суглинки, супеси, неплотные глины) к устью или к трубе на устье «пристраивают» оголовок. 2.Кондуктор, для перекрытия зоны выветривания, обычно до 100 м. 3.Промежуточная колонна, для перекрытия зон старых горных выработок и катастрофических поглощений. Обычно выводят на поверхность, могут сделать на 10-15 м выше башмака предыдущей колоны. 4.Эксплуатационная колонна, ставиться на проектную глубину, выводят на поверхность или (реже) на 10-15 м выше башмака промежуточной колонны.
19. Бурение устьев в мягких и обводненных породах агрегатами КАГБ-1 и КАГБ-2 КАГБ-1 – диаметр 4 м, вместимость до 10 м3, высота 3650 мм.
1 – БТ; 2- центральная труба; 3- корпус (внутри собирается выбуренная порода); 4-короткий шнек); 5 – гидромонитор для омывания лопастей; 6-забурник; 7-лопасти (4шт). В КАГБ-2 вместо забурника присоединяют шарошечную приставку, которая служит для забуривания щели под обсадную трубу.
20. Бурение скважин в мягких и обводненных породах агрегатом КАШБ-1 В мягких и обводненных породах применяют агрегат КАШБ-1(комбинированный аккумулирующий шнековый бур). Диаметр бурения 2200-3000 мм, вместимость до 5 м3, проходка за рейс 0,8-1,2 м, высота бура 4300 мм. В плывунах одновременно с бурением крепят. 1 – БТ; 2-шнек; 3-цилиндр; 4 – лопасти (4 шт); 5- забурник; 6 – аккумулятор.
23. Особенности очистки забоя шахтного ствола от скопления шлама. Сбор шлама с помощью шламоуловителей. Основные схемы дополнительной очистки забоя ствола от разрушенной породы. При скоплении на забое большого количества шлама его убирают: С помощбю эрлифта (обычно при бурении установкой WIRTH)
При помощи шламовой трубы Через боковую скважину – в боковой скважине располагается работающий эрлифт и подъем жидкости производится через эту скважину.
26. Область применения установок L-4, L-10,L-15 фирмы WIRTH. Основные параметры. Общая схема на примере установки L-4. L-4, L-10, L-15 выпускают с 1960 г для бурения дренажных скважин и скважин-колодцев. Все оборудование располагается на прицепе. При транспортировании мачта скдладывается, ротор поднимается на платформу. При монтаже прицеп опирается на гидростойки. Основное оборудование – ротор с гидроприводом; 2-х барабанная лебедка; компрессор; коробка передач; гидроагрегат.
27.Область применения установок L-35, L-35М, L-35МР, L-40 фирмы WIRTH. Комплектация оборудованием. Конструктивные различия. Установки предназначены для бурения стволов диаметром 5500 мм – 8 м. 35 – указание грузоподъемности 350 т, 40-400 т. В L-35 оборудование размещено на прицепах; в L-35М оборудование в виде блоков-контейнеров (масса блока не более 25 т) доставляются автотранспортом и устанавливаются на рабочую площадку, мачта А-образная расширена в основании (для возможности спуска ОТ большего диаметра); для работы с буровым снарядом принимают гидравлический элеватор. L-35МР вышка или мачта в виде 4-х ногого портала, в результате равномерная нагрузка на фундамент установки, есть гидравлический элеватор. L-40 аналогична L-35МР. Со всеми устнавками работает автокран КАТО с вылетом стрелы до 70 м и грузоподъемностью до 75 т. Область применения – для пород до IX категории и угле залегания до 150.
|
4.Схемы бурения ствола в условиях, когда он соединяется и не соединяется с подземной выработкой пилот-скважиной. Стволы проходят 2 способами: 1.В условиях когда он не соединяется с подземной выработкой, пилот-скважиной: - фазное бурение; - сплошным забоем (без расширения). Область применения: если хватает мощности ротора и крутящего момента бурильной установки; - колонковое бурение, применяется очень ограничено при бурении технических скважин. 2. В условиях когда ствол соединяется пилот-скважиной с действительной горной выработкой с последующим расширением до проектного диаметра. Применяют, когда разрез не имеет водоносные горизонты.
5. Подготовительные работы перед началом бурения ствола. Устройство промплощадки и обваловки отстойников. Для расположения оборудования и устройства сооружений необходима площадка не мене чем 0,5 га. До начала бурения: 1.Выполняют корчевку деревьев и кустарников. 2.Срезают и складируют плодородный слой (на стройгенплане указывают толщину слоя). 3.Подводят линию электропередач 6 кВт, водопроводы технической и питьевой воды. Подъездную дорогу с твердым покрытием. 4.Роют отстойники. Выполняют обваловку глиной с послойной обсыпкой слоями по 0,3 м и уплотнений катком с подливом воды. Сверху один слой глины хорошего качества и полиэтиленовая пленка. 5.Рабочую площадку забирают железобетонными плитами, толщиной 18 см, под плиты насыпают слой песка, толщиной 20 см.
6.Схема расположения оборудования на промплощадке при бурении стволов методом РТБ.
1-здание буровой установки; 2,18-блоки приготовления п.ж. и тампонажного р-ра; 3-приемные мостки; 4- поворотный кран; 5-стелаж с буровыми трубами; 6-административно-бытовое помещение; 7,8-лебедки основного и аварийного подъема; 9-нагнетательный трубопровод (манифольт); 10-склад ГСМ; 11-здание насосной (буровые насосы); 12-трансформаторная подстанция; 13-пдкачивающая насосная (центробежные насосы); 14-гидроциклоны; 15-отстойник (2-3 шт); 16-емкость; 17-виброгрохот: 19-открытый желоб от устья ствола до виброгрохота; 20-силос для хранения цемента; 21-скреперная лебедка.
14.Долота для реактивно-турбинного бурения: серийно выпускаемые промышленностью для глубокого бурения и специальные для стволового бурения. Используются шарошечные долота, серийно выпускаемые на нефть и газ и специальные для РТБ. Серийно выпускаемые Ø до 490 мм, секционные Ø до 320 мм, корпусные Ø больше 320 мм. Долота выпускаемые для РТБ идут небольшими партиями (сериями) и обозначаются буквами ДР (долото реактивное) и ДРБ (долото реактивного бурения) с последующим указанием диаметра в мм или дюймах и крепости пород. Долота, как правило, трехшарошечные, для Ø 620,750, 880 мм выпускают шестишарошечные долота.
10. Общая схема реактивно-турбинного бура. Назначение конструктивных элементов. В чем состоит сложный характер движения долота? Траверса служит для передачи крутящего момента от ротора через КБТ на агрегат и направления потока жидкости в корпуса турбобура. Придает жесткость всей конструкции агрегата. Изготавливают из кованых заготовок Стали 45, обязательно опресовывается на давлении в 5 МПа течь не допускается.
Грузы утяжелители для двух- и трехтурбинных агрегатов располагают в одну стопку, для 4-х в две стопки.
Разрезные полувтулки. Нижние разрезные полувтулки заводятся в зазор между отверстиями нижней плиты и корпусом ТБ, опираются на опорные пояса корпуса ТБ. Верхние в перевернутом положении заводятся в зазор между отверстиями верхней плиты и корпусом ТБ. Служат для центрирования корпуса ТБ и нагрузку не воспринимают.
Хомуты состоят из 2-х половинок, стягиваются шпильками или болтовыми соединениями на корпусах ТБ, над верхней плитой. Нужны для того, чтобы исключить подъем нижней плиты, грузоутяжелителей и верхней плиты по корпусам турбобура при спуске в ствол, заполненный жидкостью. Долота РТБ при бурении ствола совершают сложное движение: относительные, вращаясь вокруг своих осей и переносные, вращаясь вместе с траверсой вокруг оси ствола. Ось ствола совпадает с осью вала при 3-х турбинном РТБ. 21. Способы передачи вращения на РТБ. Особенности бурения за счет реактивного момента. Параметры режима бурения, их регулирование в трещиноватых породах. Теоретически вращение РТБ может осуществляться: 1) за счет реактивного момента; 2) за счет реактивного момента и вращения ротором против часовой стрелки; 3) ротором против вращения от реактивного момента (по часовой стрелки). На практике 2-й способ не реализуется из-за того, что используют колонну с правыми резьбами. 1-й способ по частоте вращения слабо предсказуем, обычно наблюдается на глубинах 450-500 м, при больших глубинах не проявляется. Как правило, частота составляет от 2-6 об/мин. Для реализации 3-го способа с целью получить небольшие частоты вращения задействуют аварийный привод установки. Рекомендации по режимным параметрам: ПЖ- Q = 50,9 л/с на один турбобур Осевая нагрузка и частота вращения для 2-х и 3-х турбинных РТБ: I-III- 20-30 кН; 6-10 об/мин. IV-VII – 40-80 кН; 2-6 об/мин. VIII-XII – 80-120 кН; 1,5-3 об/мин. Для 4-х турбинных РТБ I-III- 60-100 кН; 1,5-3 об/мин. IV-VII – 120-160 кН; 1,5-3 об/мин. VIII-XII – 160-200 кН; 1,5-3 об/мин. В трещиноватых породах осевую нагрузку снижают на 15-20%. В породах вязких осевую наргузку увеличивают на 30%. 22. Промывочные жидкости, применяемые при реактивно-турбинном бурении. Система очистки жидкости от шлама. Оборудование для приготовления ПЖ и тампонажных растворов на буровой. В относительно устойчивых породах и с перемежающейся устойчивостью применяют нормальный глинистый раствор: плотность 1,2-1,3 г/см3, Т=20-30 с; В=до 40 см3 за 30 мин; содержание песка до 2%. В слабоустойчивых породах в р-р добавляют 5-10% УЩР. Параметры:В=15-7 см3 за 30 мин; Т=19-24 с. Если в разрезе есть глины, то вместо УЦЩР прим. КССБ.
Система очистки двухступенчатая:1) грубая – d =2-5 мм на грохоте ГИЛ-42; 2) тонкая на гидроциклоне ГЦ-500. Для создания подпора используют насосы ШН- 270/40. Количество отстойников обычно2, разделенные пермычкой. Суммарный объем отстойников 3,5-4 объема ствола, если на растворе; 2,5-3 объема ствола, если на технической воде. Оборудование для приготовления ПЖ: глиномешалка МГ, фрейзерно-струйная мельница ФСМ; место для складирования сыпучих материалов; шламовые насосы ШН; поворотный кран КПБ-3М; скребковый конвейер. Оборудование для ТР: все тоже, что и ПЖ; силосы; нет ФСМ; применяют насосы 9МгР
|