5.2 Ударно-канатное бурение скважин
Разновидностью ударного способа разрушения пород является ударно-канатное бурение скважин (рис. 5.6).
Рис. 5.6 Схема станка ударно-канатного бурения:
1 - буровой снаряд; 2 - головной ролик на мачте; 3 – мачта; 4 - обтяжной ролик на балансирной раме; 5 - направляющий ролик; 6 — инструментальный барабан; 7 - ударный вал; 8 — шатун кривошипно-шатунного механизма
При этом способе тяжелый буровой снаряд (инструмент массой 600—2500 кг) свободно падает с высоты 0,3-1,0 м на забой скважины. Затем на канате снаряд при помощи балансирного устройства поднимается над забоем и вновь свободно падает. Во время подъема благодаря упругой развивке каната и специальной конструкции канатного замка снаряд поворачивается на некоторый угол. В течение 1950—1960 гг. на карьерах цветной и черной металлургии станки ударно-канатного бурения были заменены на шарошечные как более производительные.
5.3 Механизм и закономерности разрушения породы при ударном бурении
При ударе поршня по хвостовику бура энергия удара передается по буру в виде волны, распространяющейся по штанге со скоростью 5000 м/с и в виде кинетического движения всего бура.
При внедрении лезвия в породу вокруг него образуется зона тонко измельченной породы (рис. 5.7, а). При достаточной энергии контур зоны разрушения в сечении имеет форму элемента окружности, к которой примыкает зона породы, разрушенной трещинами на столбики-сектора. У поверхности забоя трещины изгибаются и выходят на поверхность, образуя зону скола.
Рис. 5.7 Механизм разрушения породы при ударном бурении:
1 - зона измельчения; 2 - разрушенный слой; 3 - зона скола; 4 - зона растрескивания
При внедрении инструмента размеры зоны измельченной породы увеличиваются не постепенно, а дискретно, на одно, два, зерна, из которых состоит разрушаемая порода.
При хрупких породах их разрушение может происходить также под влиянием волны напряжений, которая, распространяясь по штанге, при плотном контакте лезвия с породой переходит в породу и производит разрушение. После завершения разрушения лезвие поворачивают на такой угол, чтобы при следующем ударе произошли внедрение- инструмента и скол секторов породы между двумя смежными ударами (рис. 5.7, б).
5.4 Режимные параметры и их влияние на процесс разрушения горных пород при ударном бурении
1. Осевое усилие
С
увеличением осевого усилия скорость
бурения достигает максимума благодаря
лучшей передаче энергии от поршня через
бур породе, а затем (рис. 8) перфоратор
начинает работать неустойчиво, так как
крутящий момент на буре становится
недостаточным для преодоления силы
трения инструмента о забой и скорость
бурения падает до полного прекращения
бурения.
Рис. 5.8 Изменение скорости бурения от осевого усилия для различных бурильных молотков: 1 - легкие; 2 - средние; 3 - тяжелые
Для каждого типа перфоратора при прочих неизменных условиях бурения существует область оптимального осевого усилия, в которой достигается наибольшая скорость бурения (рис. 5.9).
Рис. 5.9 Область оптимальных осевых усилий (заштрихована)
2. Давление сжатого воздуха
При увеличении давления сжатого воздуха, подаваемого в перфоратор, увеличиваются энергия удара и частота ударов, а соответственно и скорость бурения. Однако вместе с этим увеличиваются шум, вибрации, отдача и число поломок инструмента. Поэтому рекомендуется при современных конструкциях буровых молотков и инструмента применять при бурении давление сжатого воздуха до 0,5-0,7 МПа.
В зарубежных странах (США, Швеция) все шире применяют бурильные машины, работающие на повышенном до 1,5-2,0 МПа давлении сжатого воздуха. В сочетании с высококачественным инструментом (штанги и штыревые коронки) это позволяет увеличить скорость бурения пропорционально давлению сжатого воздуха.
Контрольные вопросы
1. Перечислите оборудование и средства ударного способа бурения.
2. Опишите механизм разрушения породы на забое скважины.
3. Перечислите основные факторы, влияющие на показатели бурения.
4. Назовите область применения ударного способа бурения.
Работа № 6
Разрушение горных пород при взрывании
Цель работы: изучение механизма разрушения горных пород взрывом, классификации зарядов взрывчатых веществ и основных методов расчета параметров взрывного разрушения горных пород.
По результатам выполнения данной работы необходимо решить приведенные ниже задачи по вариантам, выданным преподавателем и ответить на вопросы.
6.1 Классификации зарядов ВВ
Для разрушения (дробления и перемещения) массивов горных пород и других объектов применяют взрывы зарядов взрывчатых веществ.
Заряд ВВ - определенное количество ВВ, подготовленное к взрыву, с введенным в него инициатором.
Заряды ВВ подразделяются: