Технологічні засади бурових робіт на кар’єрах
# Мета буріння - створення в породному масиві свердловин і шпурів. Буріння свердловин - трудомісткий і дорогий процес, особливо в скельних дуже важко-і породах.
Ефективність буріння вибухових свердловин визначається швидкістю буріння.
Буріння свердловин і шнурів на кар'єрах проводиться спеціальними породоруйнівними (буровими) машинами, що поділяються на дві групи: механічного впливу на забій свердловини (ударне, обертальне та ударно-обертальне буріння); фізичних методів на забій свердловини (термічне, гідравлічне, вибухове буріння та інших.).
Ударне буріння здійснюється верстатами ударно-канатного та шарошечного буріння. Верстати ударно-канатного буріння широко застосовували на кар'єрах для буріння вибухових свердловин діаметром 200-300 мм на початок 60-х. В даний час вони повністю замінені більш продуктивними верстатами шарошечного і пневмоударного буріння і застосовуються тільки для буріння водознижувальних та інших технологічних свердловин діаметром 300-600 мм і глибиною 60м і більше, а також спеціального буріння при добуванні блоків каменю.
Пневматичні бурильні молотки (ручні та колонкові) застосовуються для буріння шпурів діаметром 32-40 і 50-75 мм у скельних породах. Ручні іноді, а колонкові завжди використовуються у поєднанні з пневмопідтримками, колонками, самохідними каретками. Верстати шарошечного буріння останні двадцять років отримали найбільшого поширення при бурінні свердловин діаметром 160—320мм і глибиною до 35 м породах з коефіцієнтом фортеці по Протодьяконову f = 8-14. Основні їх переваги-висока продуктивність (20-150 м / зміну) безперервність процесу буріння, можливість його автоматизації; недоліки-велика маса верстатів і мала стійкість доліт у важкобуримих породах.
Обертальне буріння свердловин здійснюється верстатами шнекового та алмазного буріння. Буріння шпурів, переважно в негабаритних шматках, може вироблятися електросвердлами.
Верстати шнекового буріння широко застосовують для буріння вертикальних н похилих свердловин діаметром 125-160 мм н глибиною до 25 м в породах сf = 4-6, головним чином на вугільних розрізах (вугілля, аргіліти, м'які вапняки) і при розробці неміцних будівельних порід , м'який вапняк та ін.). Продуктивність їх 15-120 м/зміну. Верстати характеризуються простотою експлуатації, при їх роботі забезпечуються сприятливі санітарні та екологічні умови. Ударно-обертальне буріння верстатами з занурювальними пневмоударниками застосовується для буріння свердловин діаметром 100-200 мм і глибиною до 30 м при розробці будівельних гірських порід з f = 8-20 в гідротехнічному будівництві на рудних кар'єрах виробничою потужністю до 4 млн. м3 /рік, а також при допоміжних роботах на великих рудних кар'єрах (закостка бортів, вирівнювання підошви уступів та ін.) Ці верстати доцільно застосовувати і при бурінні високоабразивних порід з f = 20. Продуктивність їх становить 10-35 м/зміну. Витрати на буріння 1 м3 породи в 1,5-2,5 рази вище, ніж при шарошечному бурінні порід при f
Термічне (вогневе) буріння внаслідок його вибірковості набуло поширення при бурінні свердловин діаметром 250-360 мм і глибиною до 17-22 м головним чином у вельми і виключно важкобурим породах, що містять кварц (f >10). Воно може успішно застосовуватися в породах f=10-16. Крихке руйнування порід відбувається в результаті нагрівання забою свердловини надзвуковими розжареними струменями і появи термічної напрузі,що перевищують межу міцності мінеральної освіти.
Можливість термічного розширення діаметра заряджуваної частини свердловин (до 400-500 мм) дозволяє скоротити обсяг буріння в сильнотріщинуватих породах за рахунок збільшення відстані між свердловинами. Продуктивність у добре термобуримих породах досягає 12-15м/ч. У важко термобуримих породах цим способом ефективним є розширення свердловин, пробурених шарошечними верстатами. Технологія буріння зумовлює послідовність виконання операцій освіти свердловин. При обурюванні блоку породного масиву в загальному випадку виконуються такі операції: встановлення верстата на заданій відмітці, безпосередньо буріння, нарощування бурового ставу в міру поглиблення свердловини, розбирання бурового ставу, заміна зношеного інструменту, переїзд верстата до наступної свердловини. Буріння свердловини є перервним процесом і включає ряд операцій, що повторюються.
Технічна швидкість залежить від буримості гірської породи, конструкції та типу бурового інструменту, навантаження на буровий інструмент, частоти його обертання, способу та умов видалення бурової дрібниці. Режим буріння характеризується величиною зусиль, що розвиваються, частотою ударів і обертання робочого інструменту і видаленням бурової дрібниці. Кожен вид буріння характеризується можливими параметрами режиму буріння.
Технологія ударно-канатного буріння свердловин полягає у наступному. Буровий снаряд масою 0,8-3т періодично піднімається і майже вільно падає на забій свердловини. Після кожного удару снаряд (і лезо долота) за допомогою канатного замку повертається на деякий кут, що забезпечує рівномірне руйнування породи та всієї площі вибою свердловини. Продукти руйнування змішуються з водою, що періодично або постійно підливається всвердловину і утворюють буровий шлам. Останній періодично видаляється зі свердловини желонкою.
Швидкість ударно-канатного буріння визначається насамперед масою бурового снаряда, величина якої становить 2700-2900 кг. Очищення свердловин від шламу проводиться через 0,6-1м буріння; при цьому в дуже важкобурих породах інтервал мінімальний.
Ударне буріння шпурів у кар'єрах здійснюється ручними та колонковими бурильними молотками, маса яких відповідно дорівнює 10-30 і 40-70 кг, тиск стисненого повітря 0,5 МПа, діаметр шпуру 36-46 і 46-75 мм, глибина буріння 3-4 і 8-15м.
Бурильні молотки постачаються стисненим повітрям, як правило, від пересувних компресорів, максимальний тиск стисненого повітря становить 0,6-0,7 МПа, маса 1-6т. Приводом компресорних станцій є двигуни внутрішнього згоряння чи електродвигуни. Технологія шнекового буріння полягає у освіті вибухових свердловин коронками ріжучого типу (різцями) під впливом зусилля подачі та обертання бурового ставу. Передача різцю моменту, що крутить, і зусилля подачі, а також видалення бурової дрібниці з вибою забезпечуються шнековими штангами з ребордами гвинтової форми.
Основними технологічними операціями шнекового буріння свердловини є: власне буріння, нарощування та розбирання бурового ставу, що складається з окремих штанг. Зусилля подучи на різець і подача останнього на забій свердловини здійснюються як під дією маси обертача та бурового ставу (верстат СБР-125), так і примусово (СБР-160). Хід верстата СБР-125 - крокуючий, а СБР-160 і СБР-200 - гусеничний.
Різці мають леза, армовані вставками твердого сплаву. Форму різальних лез вибирають залежно від буримості порід та діаметра свердловин. У щільних пластичних породах застосовують різці типу «риб'я.хвіст» (рис. а). При f=4 ефективніше різці зі змінними зубами (рис.б); різальні елементи легко замінюються, а стійкість різця досягає 1000 м і більше. У породах з f=3-5 успішно застосовують різці з уривчастим лезом у вигляді впаяних (рис.в) або змінних (рис. г) елементів твердого сплаву. Для буріння крихких і тріщинуватих порід застосовують різці з криволінійними різальними лезами (рис.д) і іноді кільцеві різці з двома ріжучими елементами (рис.е). Використання різців торцевого різання з переднім негативним кутом (рис.ж), що вимагають великих зусиль і частоти обертання, дозволяє розширити область буріння шнекового і застосовувати його в породах сf до7.
Для кращого очищення свердловин від бурової дрібниці рекомендується до спіралів шнека центральною трубою подавати стиснене повітря (шнеко-пневматичне очищення). Режим шнекового буріння характеризується зусиллями подачі, частотою обертання бурового інструменту та ефективністю видалення продуктів руйнування.
Шарошкове буріння здійснюється долотами, що мають як руйнівний орган конусоподібні шарошки з фрезерованими зубами (зубчасті долота) або штирями, армованими твердими сплавами (штирьові долота). При обертанні долота шарошки наносять зубами (штирями) удари по вибою свердловини. Частки породи, що відкололися, видаляються із вибою свердловини стисненим повітрям або повітряно-водяною сумішшю. По масі і зусиллю подачі, що розвивається, верстати шарошечного буріння поділяються на легені (маса до 40 т, зусилля подачі до 200 кН, діаметр свердловини150-220 мм, раціональна область застосування-породи з f = 6-10), середні (маса до 65 т, зусилля подачі до 350 кН, діаметр свердловини 220-270 мм, f = 10-14 і важкі (маса до 120 т зусилля подачі до 700 кН, діаметр свердловини 320-400мм, 14). До верстатів легкого типу відносяться СБШ-160,до верстатів середнього типу-2СБШ-200Н, ЗСБШ-200, СБШ-250МН; до верстатів важкого типу - СБШ-320, СБШ-400. Верстат СБШК-400 призначений для буріння порід з f