Бурові машини - студопедія

У загальній технології відкритих гірничих робіт при розробці родовищ, складених скельними породами, буровибухові роботи є одним з основних виробничих процесів.

Мета буріння - створення в породному масиві свердловин або шпурів для заряджання їх вибуховими речовинами. Буріння є трудомісткий і дорогий процес.

Діаметр свердловини D залежить від: потрібної продуктивності верстата; місткості ковша виймальних-навантажувальної машини; висоти уступу; потрібної ступеня дроблення матеріалу; міцності породи і структури масиву; типу ВВ і інших чинників.

Зазвичай з економічної точки зору, слід віддавати перевагу свердловинах максимально можливого діаметра, проте в цьому випадку необхідно, перш за все, врахувати ефект впливу вибуху на навколишнє середовище, а також підрахувати всі міркування за і проти.

Рис 3.1. Залежність допустимої глибини свердловини (довжина бурового става) від зусилля подачі для штанг різного діаметру при товщині їх стінки 25,4 мм.

Як показує вітчизняний і зарубіжний досвід, з ростом місткості ковша і параметрів екскаваторів, теоретично виявляється більш економічним збільшувати, відповідно, діаметр вибухових свердловин і сітку на їх забоях.

Використовують наступні приблизні співвідношення між місткістю ковша екскаватора, діаметром свердловини і відстанню між свердловинами

Місткість ковша, м 3 6 15 30 45 70 150

Діаметр свердловини, мм 150 180 270 320 350 440

Відстань між свердловинами, м 4 5,5 8 ​​9 10,5 13

Збільшення діаметра свердловини дозволяє: збільшити об'ємну продуктивність верстата по підірваної маси і збільшити продуктивність праці; зменшити питомі енерговитрати на буріння і питомі витрати на більший і дорогий буровий інструмент. У свою чергу, збільшення діаметра інструмента вимагатиме збільшення маси верстата, його вартості і продуктивності компресора, виходу більших фракцій після вибуху, застосування ковшів більшої місткості і транспортних засобів більшої вантажопідйомності.

Збільшення діаметра буріння D (мм) пропорційно збільшує:

• масу верстата М = 0,6 D -70,1 (т);

• встановлену потужність Nу = 2,57D -191 (кВт);

• середній вихід підірваної гірничої маси м 3 з 1 м свердловини

• З ростом діаметра буріння різко зростає об'ємна продуктивність Q о = Qтg (м 3 / год підготовленої гірської маси), але падають;

• питома маса верстата за термін його служби Т (ч)

Застосування свердловин великого діаметра виправдано в тих випадках, коли це допускається технологічними умовами роботи на розрізі - параметрами породних блоків, разрихляємость порід, сполучуваністю бурового, навантажувального і транспортного устаткування і т. Д.

Більші долота забезпечують більш високу екологічність процесу буріння, так як вони сколюють більші частки породи і виділення дрібних пилових фракцій знижується. З іншого боку, для очищення забою і транспортування великих шматків на поверхню необхідна більш продуктивна і енергоємна пневмотранспортного система. Якісне очищення вибою свердловини позитивно позначається не тільки на швидкості буріння, а й збільшує термін служби штанг і бурового інструменту, в першу чергу, шарошечні доліт, а витрати на буровий інструмент залишаються найбільш вагомою частиною експлуатаційних витрат (5 ÷ 7%).

Шарошечний інструмент більшого діаметра можна виготовити міцнішим, з більш довговічними підшипниками, добре сприймають ударні навантаження. Такий інструмент дозволяє реалізувати великий тиск на забій і крутний момент, а також розташувати перший ряд свердловин на збільшеному від борта уступу відстані, що забезпечує найкращі умови безпеки при роботі і більший обсяг підірваної маси, що припадає на 1 м свердловини.

В даний час на відкритих розробках широко використовують направлене буріння свердловин паралельно укосу уступу, що скорочує питому витрату буріння і ВВ (що припадають на 1 м 3 підірваної маси) і поліпшує рівномірність дроблення масиву, особливо у підошви уступу. Верстати для здійснення похилого буріння свердловин на кар'єрах, як правило, мають збільшену на 10 ÷ 15% масу і на 25% крутний момент вращателя бурового става в порівнянні з верстатами, призначеними для буріння тільки вертикальних свердловин. Збільшена маса необхідна для створення достатньої сили зчеплення між верстатом і грунтом кар'єра. При цьому також дещо ускладнюється зарядка свердловин і підвищується трудомісткість цього процесу, проте збільшується безпеку експлуатації верстата внаслідок збільшення відстані розташування першого ряду свердловин від краю уступу.

Нахил свердловини доцільно застосовувати на високих уступах, при відпрацюванні вибоїв з поганою разрихляємость підошви уступу, т. К. В цьому випадку знижується дистанція опору по підошві уступу W. що гарантує гарну опрацювання його підошви, дозволяє знизити вартість бурових і вибухових робіт за рахунок деякого допустимого збільшення сітки свердловин (на 10 ÷ 15%), зменшити поява залишкових послаблень, тріщин і порушень поверхні в решти уступу після вибуху, збільшити обсяг підірваної маси на конкретному блоці уступу (по порівняно з вертикальними свердловинами) на величину зворотну косинусу кута нахилу свердловини (1 / сos # 945;), так як при однаковому виході гірської маси з 1 п. М. Свердловини, фактична довжина похилої свердловини більше вертикальної, на цю величину.

Недоліками похилого буріння є труднощі при початку забуріванія бурового става, часто призводять до відхилення свердловини від заданого напрямку; подорожчання вартості робіт за рахунок установки на базову машину комплекту обладнання для похилого буріння, зниження швидкості буріння до 20%, оскільки погіршуються умови реалізації, зусилля подачі і очищення свердловини, підвищення експлуатаційних витрат і збільшення трудомісткості заряджання свердловин на кутах її нахилу понад 15 °.

Всі вищезгадані недоліки поглиблюються у міру збільшення кута нахилу. В силу ряду згаданих причин, буріння глибоких свердловин для драглайнов переважно здійснюється вертикально. В інших випадках, де використовуються кар'єрні екскаватори і циклічний транспорт на уступах висотою до 20 м, нахил свердловин зазвичай встановлюється в діапазоні 15 ÷ 20 °.

Загальні технічні вимоги до верстатів для буріння вибухових свердловин на відкритих гірничих роботах в гірничодобувній промисловості визначаються відповідно до підрозділом їх на три підгрупи:

• верстати обертального буріння різцьовим коронками (СБР) з очищенням свердловини шнеком (верстати шнекового буріння) з номінальними діаметрами буріння 160 і 200 мм при f £ 6;

• верстати обертального буріння шарошечні долотами (СБШ) з очищенням свердловини повітрям (верстати шарошечного буріння) з номінальними діаметрами буріння (нормальний ряд) 160, 200, 250, 270 і 320 мм при міцності порід f = 6 ÷ 18;

• верстати ударно-обертального буріння зануреними пневмоударниками (СБУ) з очищенням свердловини повітрям (верстати пневмоударного буріння) з номінальними діаметрами буріння - 100, 125, 160 і 200 мм при f = 8 ÷ 20 і вище, до гранично міцних;

• верстати ударно-обертального буріння з зовнішніми пневмо- або гідро ударно-обертальними головками (дріфтер) з очищенням свердловини повітрям (верстати перфораторного типу) з діаметрами буріння до 152 мм при f від 12 і до гранично міцних.

Основні параметри бурових верстатів - діаметр, глибина (вертикальної) і кут нахилу бурять свердловини - характеризують можливість геометричного розташування останньої на уступі з метою розміщення в ній вибухової речовини, отримання оптимального ступеня дроблення гірської маси, а також заданої геометрії розвалу.

Типорозміри верстатів, які визначаються головним параметром - діаметром буріння, базуються на десятому ряді бажаних чисел (R 10) і передбачаються для буріння свердловин умовними діаметрами 100, 125, 200, 250, 320 і 400 мм, що, однак, не виключає застосування інших діаметрів буріння , наприклад 105, 115, 245, 270 мм і ін.

Типові глибини буріння вертикальних свердловин з нарощуванням става: для верстатів типу СБШ - 36 і 55 м, для верстатів типу СБР - 24 і 32 м для верстатів типу СБУ - 32 і 52 м, а без нарощування става: для верстатів типу СБШ з умовним діаметром свердловини 250 мм і більше не менше 20 м, а для верстатів типу СБУ-160 - не менше 18 м.

В умовне позначення верстата входять тип верстата і діаметр буріння в міліметрах, наприклад, СБШ-320-32 (діаметр свердловини 320 мм, глибина свердловини 32 м). Кут нахилу свердловини до вертикалі встановлюється для всіх верстатів 0 °, 15 ° і 30 °, проте, може мати крок і через 5 °.

Допускається виготовлення верстатів з різними комбінаціями відомих способів буріння. Типорозмір комбінованого верстата встановлюється по тому способу буріння, який є переважаючим.

Крім згаданих типів верстатів, на кар'єрах іноді використовуються, широко поширені в минулому, верстати ударно-канатного буріння, що дозволяють бурити технологічні свердловини глибиною до 300 м, проте, в силу специфіки їх дії, з вельми низькою швидкістю буріння. Термічні пальника (як інструмент) можуть використовуватися для розширення свердловин (створення котлів, що застосовуються на деяких рудних кар'єрах) на верстатах комбінованого буріння. Верстати вогневого буріння з термічними пальниками як окремий вид в даний час не випускаються, внаслідок їх низької економічності і слабку конкурентоспроможність з іншими способами буріння.