БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Бурение скважин при открытых горных работах

Бурение скважин станками вращательного бурения. Вращатель­ное бурение скважин широко распространено на угольных карь­ерах как по углю, так и по породам с коэффициентом крепости до 4—5 по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

В качестве бурового инструмента применяются двухперые или трехперые (для трещиноватых пород) резцы, армированные пла­стинками твердых сплавов.

Буровые штанги изготовляют из труб. Вокруг трубы по вин­товой линии огибают и приваривают стальную полосу (рис. 129). Размеры буровой штанги зависят от диаметра буримой скважины и высоты копра бурового станка. Станками ПБС-110 и БС-110/25 бурят скважины диаметром 110 мм и глубиной до 25 м. Для этих станков штанги имеют длину 2 м, диаметр труб 51 мм, витки шнека делают из полосовой стали шириной 20—25 мм, шаг витка 60—80 мм. Диаметр шнека должен быть на 10—15 мм меньше диаметра резца.

При бурении скважин диаметром 150 мм штанги изготовляют из труб диаметром 75 мм, длиной 2—4 м, шаг витка 140 мм, диа­метр шнека 140 мм.

Для бурения вертикальных и наклонных скважин по углю наиболее широкое применение получил станок БС-110/25 (рис. 130).

На двух лыжах станка, соединенных на концах и посередине поперечными планками, установлен копер 1. Трубы копра на верх­нем конце соединены поперечной планкой, на которой закреплен

Конец каната и блок. С боков и с задней стороны копер имеет укосины. Между трубами копра с помощью лебедки и каната пере­двигается буровой агрегат. Он состоит из электродвигателя 2 и ре­дуктора 3 с патроном. Электродвигатель и редуктор смонтированы на общей раме 4, к которой прикреплены направляющие лапы, охватывающие трубы копра. Справа у копра смонтирован щиток управления. За копром, на средней части лыж, укреплено шага­ющее устройство, а на заднем конце лыж — лебедка и электро­двигатель для лебедки и шагающего устройства.

Спуско-подъемные операции при бурении производятся с по­мощью электрической лебедки. Барабан лебедки насажен на вал свободно на втулках. При подъёме он включается ленточным фрик­ционом и может быть заторможен в любом положении ленточным тормозом. Управление фрикционом и тормозом сблокировано и производится рычагом 7.

Станок обслуживает один рабочий. Масса станка 1100 кг. Смен­ная производительность станка по углю 100 м, по глинистым слан­цам 30—50 м, глубина бурения до 25 м, диаметр скважин 110 мм.

Шагающее устройство станка позволяет передвигать его со ско­ростью 300 м/ч (от скважины к скважине). На дальние расстояния его перетаскивают тягачом.

Станок БСН является вариантом станка БС-110/25; в нем благо­даря шарнирным связям мачта может наклоняться для бурения скважины под углом 60—90° к горизонту.

Для бурения скважин диаметром 150 мм применяется станок СВБ-2 на гусеничном ходу (рис. 131). В кабине станка располо­жены лебедка для спуска-подъема бурового агрегата и электро­двигатель мощностью 14 кет, обслуживающий лебедку и гусенич­ный ход станка. Мощность электродвигателя бурового агрегата 40 кет. Станок может бурить вертикальные и наклонные (до 60° к горизонту) скважины.

Техническая характеристика станков вращательного бурения приведена в табл. 11 приложения.

Бурение скважин ударно-канатными станками. Принцип ударно - канатного бурения заключается в следующем. К концу каната при­крепляется тяжелый (500—2000 кг) буровой инструмент, закан­чивающийся долотом. С помощью станка буровой инструмент поднимают на высоту 0,9—1 м над забоем скважины и сбрасы­вают. При падении долото наносит удар по забою скважины и раз­рушает породу. Перед каждым ударом буровой инструмент пово­рачивается на некоторый угол. При бурении в скважину подл и-
вают воду, в результате чего разрушенная порода превращается в шлам, который время от времени вычерпывают.

Станки ударно-канатного бурения применяют для бурения сква­жин в карьерах с высотой уступов от 5 до 30 м при породах с коэф­фициентом крепости f = 5-V-20.

Комплект бурового инструмента, называемый буровым снаря­дом, состоит из долота, ударной штанги и канатного замка.

Долото (рис. 132) имеет длину от 1,5 до 0,7 м, диаметр стержня долота составляет 0,75—■ 0,80 номинального диа­метра скважины (диамет­ра головки долота или длины ее лезвия). Голов­ка долота бывает зубиль­ной, фасонной и кресто­образной формы. Первая применяется в плотных породах, другие — в тре­щиноватых. Масса долота при длине его 1500 мм составляет от 115 кг (для скважины диамет­ром 150 мм) до 320 кг (для) скважины диамет­ром 300 мм). Ударная штанга (рис. 133), слу­жащая для утяжеления долота, соединяется с ним конусным резьбовым зам­ком. Длина штанги 4— 10 м, диаметр 0,65—0,80 номинального диаметра скважины; масса от 400 до 2400 кг. Верхний конец ударной штанги соединяется с нижним концом канатного замка.

Канатный замок (рис. 134, а) с помощью втулки (рис. 134, б) закрепляется на стальном канате (искусственно утолщенный конец каната заклинивается внутри втулки). На шейке замка 1 снаружи имеется резьба для облегчения захватывания его ловильным ин­струментом в случае обрыва каната. В корпусе 2 замка сделан ряд отверстий 3 для выхода воздуха и устранения компрессии при перемещении втулки в канале замка. Диаметр втулки на 3—5 мм меньше диаметра канала замка, благодаря чему она может сво­бодно проворачиваться в последнем.

В период подъема бурового снаряда канат растягивается и раскручивается. Буровой снаряд при этом поворачивается на некоторый угол вокруг своей оси. В начале падения бурового сна­
ряда на 'забой канат разгружается и скручивается, втулка вра­щается вместе с канатом в канатном замке, а буровой снаряд падает на забой, не вращаясь. Благодаря вращению снаряда при подъеме долото разрушает поро­ду равномерно по всему забою скважины.

Скважину чистят с помощью желонки 1 (рис. 135), опускаемой на канате, прикрепленном к дуж-

Ке 2. Язык 5, упираясь в забой скважины, поднимает сидящий на режущем башмаке 4 клапан 3 и шлам заполняет желонку. По извлечении желонки из скважи­ны ее отводят в сторону от сква­жины, и, приподнимая крючком язык и клапан, выпускают шлам.

Из станков ударно-канатного бурения наиболее широко приме­няются станки БУ-2-20 и БС-1.

Техническая характеристика их Рис. 132. Долота для ударно-канат- приведена в табл. 12 приложения. • ного бурения:

Принцип действия станка за- ^оТлТтр^иГатГ Z'oZ: ключается в следующем (рис. ловка долота; 2 — стержень; 3 — лыска 1 Qfi Т2„ Для ключа; 4— конус с резьбой

Lob, с). Вращение от электродви­гателя 20 передается ременной передачей главному валу 16. От вала вращение передается попеременно либо рабочему бара­бану 15 через фрикционную муфту, либо зубчатому колесу 18 через фрикционную муфту, либо желоночному барабану 19 через фрик­ционные шкивы, либо ведущим звездочкам гусеничного хода 9 (при передвижении станка).

M

Во время бурения вращение от рабочего вала передается только зубчатому колесу 18 с кривошипно-шатунным устройством. При вращении колеса шатун 17, ведомый пальцем кривошипа, вынуж­дает балансирную раму 13 с балансирным роликом И совершать качательные движения. При опускании ролика 11 канат 21 натяги­вается и буровой снаряд 6 поднимается над забоем скважины. При поднятии балансирного ролика канат, разгружается и буровой снаряд падает на забой. Канат 21 закреплен на рабочем бара­бане 15.

Для извлечения бурового снаряда из скважины отключают от вала зубчатое колесо 18 и подключают барабан 15, который, вра­щаясь, наматывает канат и поднимает буровой снаряд из сква­жины.

При чистке скважины в нее опускают желонку 8, слегка при­тормаживая желоночный барабан 19. Для подъема желонки вводят в зацепление фрикционные шкивы вала 16 и желоночного ба­рабана.

При работе станка на уступе его в целях безопасности распо­лагают перпендикулярно фронту забоя не ближе 3—2,5 м от кром­ки уступа. Раму станка с помощью домкратов приводят в горизон­тальное положение и закрепляют станок. Забуривание ведут при уменьшенном количестве ударов и с применением забурной трубы длиной 1,2—1,5 м. В процессе бурения бурильщик следит за натя­жением каната и по мере углубления скважины оттормаживает рабочий барабан, позволяя ему немного поворачиваться и пода­вать канат в скважину. В процессе бурения в скважину подливают воду. Расход воды составляет от 20 до 120 л на 1 м скважины. В породах средней крепости и крепких чистку производят через 0,5—1 м, расход воды 50—80 л/м; в породах ниже средней крепо­сти — через 1,5—2 м, расход воды 30—60 л/м; в породах сильно трещиноватых — через 3—5 м, расход воды более 80 л/м, так как часть шлама уходит по трещинам.

О —схема, поясняющая принцип дєйстрич станка: б — общий вид станка; / — головной ролик; 2 — желоночный ролик; 5 — мачта; 4 — люнет для кана­та; 5 — растяжки; 6 — буровой снаряд; 7 — люнет для бурового снаряда; 8 — желонка; 9 — гусеничный ход; 10 — опорный домкрат; 11 — балансирный ролик; 12 — мачта в транспортном положении; 13 — балансирная рама. 14 — хвостовой ролик; 15 — рабочий барабан; 16 — главный вал; 17 — шатун 18 — зубчатое колесо с кривошипом; 19 — желоночный барабан; 20 — электро­двигатель; 21 — рабочий канат

Чистка скважин в породах слабых занимает до 30% времени чистого бурения, а в очень крепких породах — около 10%. Одно­кратная чистка скважины занимает в среднем 4 мин, смена доло­та— 18 мин; передвижка станка от одной скважины к другой 25—30мин; прием и сдача >смены, осмотр и смазка станка — 30 мин.

Масса бурового снаряда должна быть тем большей, чем больше диаметр скважины и крепость породы. На основании практики масса бурового снаряда может быть определена по формуле

Q = qd, (101)

Где Q — масса бурового снаряда, кг;

Q — масса бурового снаряда, приходящаяся на 1 мм длины лезвия; она должна быть равной 2 кг/мм при бурении в слабых породах (f = 3), 3—4 кг'/мм — в средних (f = = 4-ь8) и 4—6 кг/мм — в крепких породах; d—номинальный диаметр скважины, мм. Фактический диаметр скважины обычно на 5—10% больше номинального (вследствие разработки ее стенок) в крепких поро­дах, на 15—20% —в породах средней крепости и на 20—30% —• в слабых породах.

Сменная производительность станка может быть определена из следующих условий:

Работа ударов бурового снаряда за минуту равна

An ^lEJl — mjhn = 5,6mhn, (102)

Где A — работа одного удара, дж; п— количество ударов за 1 мин; т — масса бурового снаряда, кг;

H — высота падения (подъема) бурового снаряда, м; j — ускорение при падении бурового снаряда, в зависимости от количества шлама и его концентрации изменяется от 4,8 до 6,4 м/сек2, принимаем / = 5,6 м/сек2; сменная (за 420 мин) производительность станка равна

Т 420Ащ 420 • 5,6ткщ 1560mhn, /1по.

L = = -------- ^-------- *= —^i— , м/смену, (ЮЗ)

А-Т

Где - г\ — коэффициент машинного времени, равный, в среднем 0,55; 5 — площадь забоя скважины, м2;

А — удельная работа бурения, т. е. работа, расходуемая для выбуривания I м3 скважины, дж/м3. При данном способе бурения и при долотьях зубильной, копытной и крестовой формы величина а может быть принята равной (250 000ч - 300 000) ав, дж/м3, или а = (250 000300 000) 100/, дж/м3; где ав — временное сопротивление породы сжатию, кГ/см2; f — коэффициент крепости породы по шкале проф. М. М. Протодьяконова; d — диаметр скважины, м.

Средняя сменная производительность станка БУ-2-20 при буре­нии по известняку с коэффициентом крепости f = 8 составляет

10—12 м. Стоимость бурения 1 м скважины диаметром 200 мм рав­на 2,5—3 руб.

Станок БУ-2-20 применяется для бурения скважин диаметром 200—230 мм в крепких породах. Для бурения скважин большого диаметра и в более крепких поро­дах применяется станок БС-1.

Ударно-канатные станки, не­смотря на их очень широкое при­менение (в настоящее время 90—95% скважин в крепких поро­дах бурят этими станками), явля­ются устаревшими и в скором времени будут заменены более прогрессивными станками шаро­шечного бурения, с погружными перфораторами и огневого буре­ния. [11]

Станки с погружными перфо­раторами (пневмоударниками) для бурения скважин. Для буре­ния скважин диаметром до 105 мм по крепким породам в карьерах применяют станки БМК-4, уста­новленные на салазках (рис. 137), и станки НКР-ЮО и БА-100, уста­новленные на каретках, что более удобно для работы. Для бурения горизонтальных и наклонных скважин диаметром 105 мм Кыш - Рис. 139. Буровой станок БМ-150К тымский механический завод вы­пускает самоходные (на гусенич­ном ходу) станки СБМК-5 (рис. 138) с пневмоударником М-1900УК. Сменная производительность станка 23 м в породах с коэффициентом крепости f = 10—ь-11 и 18 м при f = 14-^-16. Сто­имость 1 м скважины соответственно 0,76 и 1,67 руб.

Для бурения скважин диаметром 155 мм применяется буровой станок БМ-150к. Станок (рис. 139) на гусеничном ходу, оборудо­ван двумя компрессорами К-9 производительностью по 9 м3/мин. Электродвигатель вращателя имеет мощность 7 кет; пневмоподат - чик создает осевое усилие до 1000 кГ. Энергия удара погружного
перфоратора 12 кГм. Направление бурения от 0 до 90° к горизон­тали. Масса станка 15 т. Скорость бурения по породам с коэффи­циентом крепости f = 8 составляет 20 міч, сменная производитель­ность 45—50 м, стоимость 1 м скважины 2,5 руб.

Техническая характеристика станков с погруженными перфора­торами приведена в табл. 10 приложения.

Станки шарошечного бурения. Станок БАШ-250 (рис. 140) предназначен для бурения вертикальных скважин диаметром 250 мм в породах весьма крепких (f = 14—16). Масса станка 50 т, смонтирован он на гу­сеничном ходу экскава­тора Э-1003. Став буро­вых штанг подается на забой канатно-гидрав - лическим ■ механизмом, создающим осевое уси­лие до 25 000 кГ. Вра­щающий механизм обеспечивает бессту­пенчатое регулирова­ние скорости вращения шарошечного долота от О до 125 об! мин. Для получения сжатого воз­духа на раме станка ус­тановлены три компрес­сора К-9 с индивиду­альными приводами. В породах с коэффициен­том крепости f = 13-Ы6 производите л ьность станка составляет

3,5 міч, т. е. в 4—5 раз выше, чем ударно-ка­натного станка БС-ІМ. Буровая мелочь выду­вается из скважины сжатым воздухом и идет в пылеосадитель.

Станок БСШ-1 предназначен для буре­ния скважин диаметром 250 мм под углом 60—90° к горизонту в по-

Родах с коэффициентом крепости f = 6 водительность станка по породам с f = 8ч-14 составляет 8—10 міч.

Станок БСВ-1Е, предназначен для бурения скважин диа­метром 200—225 мм под углом 60—90° к горизонту в породах с коэффициентом крепости f = 6-f-12. Производительность в поро­
дах с коэффициентом крепости f — 8ч-10 составляет 8 м/ч. Масса станка 25 т.

Техническая характеристика станков шарошечного бурения приведена в табл. 11 приложения.