 |
3.2. Оборудование для бурения скважин в подземных условиях
|
|
|
|
Скважины в подземных условиях бурят станками вращательно-ударного, ударно- вращательного (пневмоударного) и вращательного (шарошечного и алмазного) бурения.
Станки вращательно-ударного бурения принципиально не отличаются от подобных машин для бурения шпуров. Их применяют для бурения скважин по породам с коэффициентом крепости f = 8¸ 20. Станки устанавливают на распорных колонках (КБУ-50 и КБУ-80) и на самоходных гусеничных или пневмо-колесных (ПБУ-80) тележках. Буровой инструмент состоит из буровой коронки, армированной твердым сплавом, и комплекта буровых штанг длиной 1—1, 5 м, соединяемых друг с другом муфтами. Удаление буровой мелочи осуществляется водой или воздушно-водяной смесью.
В табл. 3. 3 приводится характеристика станков вращательно-ударного бурения.
Т а б л и ца 3. 3
| Показатели | КБУ-50 | КБУ-80 | ПБУ-80 |
| Диаметр скважины, мм | 50-65 | 65-85 | 65-75 |
| Глубина бурения, м | |||
| Минимальные размеры поперечного сечения выработок, м | 2, 5x2, 5 | 2, 5х2, 5 | 2, 8х2, 8 |
| Расход сжатого воздуха, м3/с | 0, 17 | 0, 21 | 0, 25 |
| Масса, кг |
Пневмоударное бурение скважин. При ударно-поворотном и ударно-вращательном бурении с увеличением глубины скважины более 10 — 18 м (в зависимости от мощности бурильной
машины) резко снижается скорость бурения, что вызвано ростом массы бурового инструмента. Этого удается избежать при бурении пневмоударниками (рис. 3. 5), которые представляют собой пневматические машины ударного действия, передвигающиеся при бурении на штангах вслед за забоем в скважине.
В отличие от обычного перфоратора пневмоударник не имеет поворотного механизма, а необходимый поворот бурового инструмента (вместе с пневмоударником) осуществляется специальным двигателем через буровые штанги.
|
|
|
Рис. 3. 5. принципиальная схема пневмоударника
Внутри цилиндрического корпуса 3 пневмоударника расположены ударник 6, золотниковая коробка 2, золотник 11, опорная шайба 10, хвостовик буровой коронки (долота) 8. Коронка удерживается шпонкой 7. Посредством переходника пневмоударник соединяется с буровой штангой 1. Штанги круглого сечения (дли» ной по 1, 2 м) внутри имеют канал и соединяются одна с другой конической резьбой. При нахождении золотника в крайнем левом положении воздушно- водяная смесь через штанги и каналы в золотниковой коробке и опорной шайбе поступает в цилиндр пневмоударника и ударник движется вправо, нанося удар по коронке. Если золотник занимает крайнее правое положение, то воздушно-водяная смесь через трубку 4 и каналы в ударнике поступает в правую часть цилиндра, давит на ударник и возвращает его в исходное положение. Перемещение золотника происходит автоматически аналогично тому, как это осуществляется в перфораторах (на схеме не показан ряд каналов в воздухораспределительном устройстве).
Буровая мелочь из скважины удаляется воздушно-водяной смесью, поступающей из пневмоударника через выхлопные отверстия 5 и канал 9.
Отечественной промышленностью выпускается четыре типоразмера пневмоударников с диаметром коронок 105, 125, 155 и 200 мм. Ударная мощность их — от 2, 2 до 5, 8 кВт.
Наиболее распространенным станком пневмоударного бурения является станок НКР- 100МА с пневмоударником П1-75. Выпускаются разновидности станков с электро- и пневмоприводом, с нормальным или повышенным усилием подачи.
Рис. 3. 6. Буровой станок НКР-100МА
Буровой станок НКР-100М (рис 3. 6) устанавливается в выработке на распорной колонке 4. В зависимости от условий применяют три типа колонок: для горизонтального бурения, вертикального бурения и двухстоечные при работе с повышенным усилием подачи. Станок крепится к колонке хомутами. Подъем станка по стойке колонки осуществляют с помощью ручной лебедки.
|
|
|
Рама станка выполнена в форме салазок 8, на которых станок волоком передвигают по почве на небольшие расстояния. На салазках смонтированы электродвигатель 7, редуктор с пневмо-захватом 9, два пневмоцилиндра подачи 6, подающий патрон 10, пульт управления 3. К ставу буровых штанг 2 посредством муфт присоединяется шланг для подачи воздушно-водяной смеси. Поступающий сжатый воздух проходит через масленку 1. Буровой шлам из скважины удаляется через шламоотвод 5.
Подающий патрон представляет собой одноступенчатый редуктор. Он служит для подачи и вращения бурового снаряда, а также для извлечения его из скважины. Перемещение патрона по двум направляющим осуществляется пневматическими податчиками. Пневмоударник П1-75 крепится на конце бурового станка, состоящего из штанг длиной по 1, 2 м с наружным диаметром 63 мм.
При забуривании скважины до глубины 0, 25—0, 3 м применяют коронку диаметром 130 мм. Затем устанавливают обсадную трубу, в которую помещают шламоотвод, и приступают к бурению стандартной коронкой диаметром 105 мм.
Буровые станки типа НКР-100 предназначены для бурения скважин диаметром 105 мм в породах с коэффициентом крепости 4—16 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. Они имеют ход податчика 365 мм. Сменная производительность станка составляет 15—40 м.
В табл. 3. 4 приведена техническая характеристика станков пневмоударного бурения.
Т а б л и ца 3. 4
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Помимо давления сжатого воздуха и крепости пород на производительность пневмоударного бурения влияют также глубина бурения, угол наклона скважины, скорость вращения бурового става, усилие подачи и расход воды.
С увеличением глубины скважины скорость бурения снижается, так как возрастает сопротивление выносу шлама из скважины, вследствие чего уменьшается перепад давления воздуха в пневмоударнике и в скважине у выхлопного отверстия. При замене затупившейся коронки с увеличением глубины скважины возрастает время на извлечение и подачу бурового снаряда. Практически производительность заметно снижается при глубине бурения более 20— 25 м. При бурении горизонтальных и слабонаклонных скважин производительность на 10—30 % выше, чем при бурении нисходящих скважин.
|
|
|
Шарошечное бурение в подземных условиях имеет ограниченное применение. Наибольшее распространение оно получило при бурении взрывных скважин на открытых горных работах, а также при бурении скважин на нефть и газ.
Схема одношарошечного штыревого долота показана на рис. 3. 7, а. В нижней части долота 1 закреплено на подшипниках от одной до четырех шарошек 2. Шарошки армированы зубками 3 из твердого сплава и свободно вращаются в корпусе долота. При вращении штанг и долота при большом осевом давлении на забой скважины шарошки окатываются по забою и зубками разрушают породу. Буровая мелочь выносится из скважины водой или воздухом 4, поступающим через пустотелые штанги.
Штыревые долота, армированные зубками твердых сплавов, применяют для бурения крепких пород. В породах средней крепости целесообразно применять зубчатые долота (рис. 3. 7, б), которые разрушают породу в забое скважины стальными зубьями, выфрезерованными в теле шарошек. Станки шарошечного бурения можно использовать и в породах невысокой крепости (f< 6), заменив шарошечные долота режущими.
Рис. 3. 7. Схема одношарошечного штыревого долота (а) и общий вид зубчатого трехшарошечного долота (б) и кольцевой алмазной коронки (в).
Станки для шарошечного бурения взрывных скважин на подземных работах выпускают самоходными (АБШ-3) или переносными, устанавливаемыми при бурении на распорных колонках (БШ-145М, БАШ-150, СБ-5). Самоходный буровой станок АБШ-3 оборудован гусеничным ходом с электрическим приводом и предназначен для бурения кругового веера скважин диаметром 97— 157 мм на глубину до 100 м. Станком БШ-145 можно бурить скважины диаметром 145 мм и глубиной до 50 м в любом направлении.
|
|
|
ВНИПИрудмашем сконструирован станок БШ-200С для бурения в подземных условиях восходящих скважин диаметром до 250 мм и глубиной до 80 м в породах с коэффициентом крепости 6—20 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. Он состоит из двух самоходных агрегатов на гусеничном ходу. На одном из них смонтирован буровой станок, другой предназначен для перевозки и хранения буровых штанг. Конструкция станка обеспечивает полную механизацию его установки и переезда от одной скважины к другой, подачи буровых штанг, наращивания и демонтажа бурового става. Станок имеет усилие подачи 450 кН. Его среднесменная
производительность при бурении скважины диаметром 250 мм в породах с коэффициентом крепости 15—20 составляет не менее 10 м. Расход воздуха 7 м3/мин, воды — 3 м3/ч. Масса станка 14, 5 т.
При алмазном бурении порода разрушается кольцевым или сплошным забоем коронками, оснащенными алмазами (рис. 3. 7, в). Разрушенная порода выносится из скважины водой. При бурении кольцевой коронкой оставшаяся внутри коронки порода (керн) поступает в колонковую трубу, периодически отрывается от забоя специальным кернорвателем и вместе с буровым снарядом извлекается из скважины.
Алмазное бурение позволяет проходить взрывные скважины небольшого и постоянного диаметра (30—60 мм), а также является одним из важнейших видов бурения глубоких геологоразведочных скважин.
|
|
|
