РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

Бурение скважин

Бурение скважин на карьерах осуществляется буровыми станками. По своему принципу действия они подразделяются на ударно-канатные, вращательные с резцовыми долотами, вращательные с шарошечными долотами, ударно-вращательные и термические.

Станки ударно-канатного бурения в настоящее время имеют наиболее широкое применение на карьерах при разработке крепких пород.

Ударно-канатный станок ( 13) состоит из опорной рамы 1, ходовой гусеничной тележки 2, двигателя 3, главного вала 4, лебедки 5, балансирной шестерни 6, шатуна 7, балансира 8, мачты 9, блоков — головного 10, желоночного 11 и направляющего 12, ба- лансирного ролика 13, канатного замка 14, муфты 15, штанги 16 и откидных домкратов 17.

Сущность бурения ударно-канатными станками заключается в следующем. К концу каната прикрепляется буровой снаряд, состоящий из долота, ударной штанги и канатного замка. Вес бурового снаряда составляет 500—2600 кг. Буровой снаряд заканчивается долотом. Во время работы станка он периодически поднимается на высоту 0,9—1 м и при падении наносит удары по забою скважины. Перед каждым ударом буровой снаряд поворачивается на некоторый угол. Поворот снаряда осуществляется благодаря наличию канатного замка.

Долото при ударно-канатном бурении имеет длину от 1,5 до 0,7 м. Диаметр долота составляет 0,75—0,80 диаметра головки долота. Вес долота при длине 1500 мм для скважин диаметром 150 и 300 мм равен соответственно 115 и 320 кг. Форма головки долота различная: зубильная (для крепких нетрещиноватых пород), крестовая (для трещиноватых пород) и фасонная.

Ударная штанга служит' для утяжеления долота. Она соединяется с долотом резьбовым креплением. Диаметр штанги составляет 0,65—0,80 диаметра головки долота, длина ее 4—10 м и вес от 400 до 2400 кг. К верхнему концу ударной штанги прикрепляется канатный замок.

При бурении в скважину подается вода, которая, перемешиваясь с буровой мелочью, образует шлам. Скважину периодически, по мере накопления шлама, очищают. Для этого буровой снаряд извлекают из скважины и в нее опускают желонку ( 14), прикрепленную к желоночному канату за дужку 1. Язык желонки 5, упираясь в забой скважины, поднимает клапан 3, находящийся на башмаке 4. При этом внутренняя полость трубы 2 заполняется шламом. Во время подъема желонки клапан опускается и не позволяет шламу вытекать. После выпуска шлама из желонки на поверхность операция повторяется.

Производительность станков в породах малой крепости составляет 25—35 м, в породах средней крепости 10—20 м, ив крепких породах 3—6 м в смену.

К недостаткам ударно-канатных станков следует отнести низкую скорость бурения скважин, наличие дополнительных операций (заправка долот, доставка воды, транспортировка долот). В настоящее время производство станков ударно-канатного бурения прекращено, и они по мере амортизации будут заменяться более производит ельными — вращательными, ударно-вращательными и термическими.

Станки вращательного бурения скважин со шнековым буровым инструментом предназначены для бурения вертикальных и наклонных скважин по углю и породам ниже средней крепости. Рабочим органом у них являются буровые штанги с резцами, армированными пластинками из твердого сплава. Буровые штанги изготовляются из труб диаметром 50—75 мм, на наружной поверхности которых закреплена в виде шнека стальная лента шириной 50—60 мм. Расстояние между витками шнека по вертикали (шаг витка) при бурении 110-лш скважин составляет 60—80 мМ, при бурении 150-мм скважин 120 мм. Длина буровых штанг колеблется от 2 до 3—4 м.

Резцы применяются в основном двухлопастные, а для трещиноватых пород — трехлопастные. Буровая мелочь выдается из скважины по спиралям вращательного шнека.

К достоинствам вращательных станков со шнековым буровым инструментом относятся: высокая производительность (в несколько раз большая, чем у ударно-канатных), простота обслуживания, меньшее число вспомогательных операций и возможность направленного бурения скважин.

Недостатками являются: ограниченная область применения (крепость пород не более /=5—6) и большой расход бурового инструмента, особенно при увеличенной крепости пород.

Сменная производительность вращательных станков достигает по углю 80—120 м и по породам ниже средней крепости 35—40 м. В породах средней крепости станки типа СВБ-2 имеют производительность в 1,5—2 раза выше, 'чем ударно-канатные, однако из-за высокого износа штанг и резцов применение их на бурении по крепким породам становится нецелесообразным.

Станки шарошечного бурения являются тоже вращательными, отличаются от шнековых буровым инструментом и способом удаления буровой мелочи. Шарошечные станки служат для бурения в крепких и средней крепости породах. Шарошечные* до1- лота ( 16) армируют зубками, изготовленными из твердого сплава. Средняя стойкость шарошечных долот для крепких и средней крепости пород колеблется от 100 до 1000 м.

Разрушение породы в забое скважины осуществляют зубки шарошек, которые под действием осевой нагрузки внедряются в породу и при вращении скалывают ее отдельные частицы.

Станок шарошечного бурения состоит из привода вращателя, вращателя с механизмом подачи, гусеничного хода, рамы станка, мачты и компрессора. Вращатель с механизмом подачи осуществляет вращение буровой штанги и трехшарошечного долота, а также создает осевую нагрузку на долото. В зависимости от диаметра скважины и крепости пород общее осевое усилие может колебаться в значительных пределах от 5—8 до 25—40 т.

Удаление буровой мелочи осуществляется сжатым воздухом от компрессора, находящегося на станке.

Шарошечные станки начали применяться недавно. Интенсивные конструкторские и экспериментальные работы, проводившиеся в последние годы, позволили создать ряд станков шарошечного бурения.

Скорость бурения станками с шарошечными долотами в 2—4 раза выше, чем ударно-канатными, при этом значительно сокращаются вспомогательные операции (отсутствует доставка воды, заправка и доставка долот)

Станки ударно-вращательного бурения (с погружными пневмоударниками) предназначены для бурения в крепких породах Разрушение пород осуществляется пневматическим молотком с коронкой, находящимся непосредственно у забоя скважины и наносящим удары по хвостовику коронки, а также вращением пневмоударника. Буровая мелочь удаляется отработанным воздухом Эгот способ удачно совмещает положительные стороны как вращательного, так и ударного бурения. Нанесение ударов и вращение долота осуществляются независимыми механизмами. Станки с погружными пневмоударниками могут бурить скважины как вертикальные, так к наклонные.

Ударно-вращательные буровые станки обеспечивают по сравнению с ударно-канатными более высокую скорость бурения, кроме того, они могут бурить скважины под любым углом наклона к горизонту.

Станки термического бурения применяют для прожигания скважин в крепких породах, имеющих кремнистое основание (гранит, железистые кварциты и др.), причем с увеличением крепости и монолитности пород скорость прожигания скважин увеличивается.

При термическом бурении применяется горелка реактивного типа, в которую подается смесь из керосина и кислорода. Из горелки газовая струч истекает на забой со сверхзвуковой скоростью с температурой до 2000— 2200 °С. Вода, подаваемая для охлаждения горелки, превращается в пар, который выносит продукты бурения на поверхность. Горелка в рабочем положении находится от дна скважины на расстоянии 100—125 мм.

Сконструированный институтом Гипрорудмаш станок термического бурения СБО ( 17) обеспечивает скорость бурения по железистым кварцитам до 20—25 м в смену, в то время как в этих же условиях скорость бурения ударно-канатными станками БС-1 равна 3—5 м в смену.

Станки термического бурения в настоящее время работают на железорудных карьерах горнообогатительных комбинатов Криворожского бассейна.