 |
3.3. Оборудование для бурения скважин на открытых горных работах
|
|
|
|
Диаметр взрывных скважин на карьерах значительно больше, чем в подземных условиях (до 350—400 мм), поэтому буровое оборудование для их проходки должно быть мощнее. Отличительной особенностью скважинной отбойки на карьерах являются также относительное однообразие в расположении скважин (вертикальное нисходящее и близкое к нему направление) и узкий интервал их глубины (10—25 м).
В карьерах применяют станки вращательного (шнекового и шарошечного), ударно- вращательного (пневмоударного) и огневого (термического) бурения.
Шнековое бурение применяют в мягких породах. Сущность его аналогична бурению электросверлами: разрушение породы производится резцами, армированными твердыми сплавами, а буровая мелочь выносится из скважины спиральными витками штанг шнекового типа. Скорость вращения бурового става 80—250 мин-1, усилие подачи 5—18 кН.
Самоходный станок 2СБР-125 предназначен для бурения скважин диаметром 125 мм и глубиной 30 м по породам с коэффициентом крепости 3—4 по шкале проф. М. М. Протодьяконова. Сменная производительность станка 60—250 м, масса 10 т.
Для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 160 и 200 мм и глубиной до
24 м в более крепких породах (с f до 6) выпускают станок СБР-160А-24 массой 25 т, смонтированный на гусеничном ходу. Сменная производительность станка достигает 200 м.
В рудной промышленности станки шнекового бурения распространения не получили.
Шарошечное бурение — основной вид бурения скважин в карьерах.
Отечественной промышленностью выпускаются несколько типов самоходных станков шарошечного бурения (2СБШ-200Н, СБШ-250МН, СБШ-320), предназначенных для бурения на карьерах скважин разного диаметра (от 200 до 320 мм) и имеющих в связи с этим конструктивные различия в массе, мощности, механизме вращения, способе подачи и подъема бурового инструмента ит. д.
|
|
|
Общая схема станка шарошечного бурения типа СБШ приведена на рис. 3. 8.
Рис. 3. 8. Общая схема станка шарошечного бурения типа СБШ
Буровые штанги 7 приводятся во вращение асинхронным двигателем 14 через редуктор 12 и муфту 11, предохраняющую электродвигатель от осевых и радиальных вибраций. Питание электродвигателя и подача в скважину воздушно-водяной смеси осуществляются через гибкую гирлянду 13 с электрическим кабелем, воздушным и водяным шлангами. Вода и сжатый воздух подводятся к буровому инструменту через сальниковое устройство 9, расположенное ниже опорного узла 10. Чтобы гирлянда не провисала и не могло произойти ее повреждение при спуске и подъеме вращателя, применен натяжной механизм, который кинематически связан с механизмом подачи.
Вращатель и опорный узел заключены в общую каретку, которая перемещается по направляющим мачты. Мачта устанавливается с помощью цапф на подшипниках опорной рамы станка. Гидроцилиндрами мачту станка можно устанавливать в вертикальное и наклонное положение при бурении и в горизонтальное при транспортировании.
Механизм подачи (установленный также на мачте станка) состоит из двух гидроцилиндров 6 (на схеме показан только один), неподвижных 1 и подвижных 3 блоков и системы верхних 2 и нижних 5 канатов. Верхние канаты соединены с вращателем, нижние — с опорным узлом. При выдвижении штока 4 гидроцилиндра нижние канаты натягиваются, верхние
— ослабляются; происходит подача бурового инструмента на забой. При обратном движении штока буровой инструмент поднимается из скважины. Четырехкратная полиспастная система позволяет при ходе поршня гидроцилиндра на 2 м перемещать буровой инструмент на расстояние
|
|
|
8 м, т. е. на длину одной штанги. Штанги наращиваются автоматически с помощью установленной на мачте поворачивающейся кассеты с комплектом штанг.
Вода к скважине подается насосом 21 из бака 20, сжатый воздух поступает под давлением 0, 5—0, 7 МПа из ресивера 22 компрессора 19. Буровая мелочь из скважины, прикрытой зонтом 8, отсасывается вентилятором 18 через циклон 15 и фильтры 16. Последние включаются заслонками 17 только при сухом бурении, так как влажная пыль быстро забивает ткани фильтров.
Т а б л и ца 3. 5
| Показатели | 2СБШ-200Н | СБШ-250МН | СБШ-320 |
| Диаметр долота, мм | 190; 214; 243 | 243; 269 | |
| Максимальная глубина бурения, м | |||
| Подача снаряда на забой | Гидравлическая с автоматическим перехватом | Канатно- гидравлическая | Канатная с гидроприводом |
| Максимальное усилие подачи, кН | |||
| Ход подачи, м | 19, 5 | ||
| Способ удаления буровой мелочи | Сухое пылеулавливание | Воздушно эмульсионное пылеулавливание | Воздушно- водяное пылеподавление |
| Установленная мощность, кВт | |||
| Размеры в рабочем положении, м: |
| ||
| ширина | 4, 8 | 5, 5 | |
| длина | 9, 2 | 8, 6 | 12, 5 |
| высота | 13, 8 | 15, 3 | 25, 2 |
| Масса, т | |||
| Скорость передвижения, км/ч | 0, 6 | 0, 6 | 0, 5 |
| Преодолеваемый подъем, градус | — | ||
Т а б л и ца 3. 6
| Показатели | СБУ-100 | СБУ-125 | СБУ-160 | СБУ-200 |
| Диаметр скважины, мм | 100; 105 | 105; 125 | ||
| Глубина бурения, м | ||||
| Угол наклона скважин, градус | 60—105 | 60—90 | 60—90 | 60—90 |
| Тип пневмоударника | П-105 | П-125 | П-160 | П-200 |
| Система подачи снаряда на забой | Пневмоцили ндром | Цепная от пневмодвигателя | Цепная от гидродвигателя | |
| Ход подачи, мм | ||||
| Усилие подачи, кН | До 7, 6 | До 20 | До 7, 0 | 2—41 |
| Расход сжатого воздуха, м3/с | 0, 1 | 0, 12 | 0, 2 | 0, 3 |
| Установленная мощность, кВт | ||||
| Габариты, м: |
| |||
| длина | 3, 65 | 4, 25 | 5, 20 | 7, 86 |
| ширина | 1, 8 | 3, 0 | 3, 5 | 4, 5 |
| высота | 2, 76 | 7, 10 | 7, 25 | 12, 53 |
| Масса, т | 8, 5 | 16, 5 | ||
Все механизмы станка монтируются на платформе с гусеничным ходом. Станок устанавливается в горизонтальное положение гидравлическими домкратами.
Разработан станок СБШ-250-20, позволяющий вести бурение скважин без наращивания
штанг.
|
|
|
Сменная производительность станков 30—80 м. Характеристика станков шарошечного
бурения приведена в табл. 3. 5.
Пневмоударное бурение скважин в карьерах осуществляется станками типа СБУ, характеристика которых приведена в табл. 3. 6.
На базе станка СБУ-125 созданы станки СБУ-125ХЛ, СБУ-125С, СБУ-125А-32, СБУ-1254-52.
Последний позволяет бурить скважины длиной до 52 м.
Рис. 3. 9. Схема станка СБУ-125
Станок СБУ-125 смонтирован на гусеничной тележке с приводом от электродвигателя (рис. 3. 9). Штанги 9 с пневмоударником 11 приводятся во вращение электродвигателем 5 через редуктор 6. Вращатель установлен на плите 4, перемещающейся вдоль мачты станка. Подача на забой и подъем вращателя осуществляются от пневмодвигателя 13 механизма набора через червячный редуктор 16 и цепные передачи 15 и 3. В нижней части мачты установлены цилиндры 10 и 14 гидрозажима, удерживающего на весу буровой став во время спуско-подъемных операций, и гидроключ 8 для свинчивания и развинчивания штанг бурового става. На мачте установлено кассетное устройство 2, барабан которого вмещает восемь штанг длиной по 2, 5 м. Это устройство служит для механической подачи штанг при спуско-подъемных операциях. В момент подачи на ось скважины очередной штанги барабан двумя цилиндрами подачи 1 поворачивается на 1/8 оборота и стопорится фиксатором.
Поднимают мачту гидроцилиндром 17. Во время бурения станок устанавливается в горизонтальное положение домкратами 12 и 20. Необходимое давление в гидросистеме создается электродвигателем 18 маслонапорной станции.
Буровая мелочь из скважины удаляется воздушна-водяной смесью, подаваемой через став штанг и пневмоударник, с последующим отсосом пыли от устья скважины вентилятором 19, Питание станка сжатым воздухом осуществляется от передвижной компрессорной станции или общекарьерной воздушной сети. Станок управляется из кабины 7, в которой установлен пульт управления процессами бурения и передвижения станка.
При огневом (термическом) бурении скважин горные породы разрушаются нагретой до 2200°С газовой струей, истекающей на забой скважины из реактивной горелки. К камере сгорания реактивной горелки (рис. . 3. 10, а) по трубам внутри пустотелых штанг подводятся керосин и газообразный кислород. Продукты сгорания выбрасываются из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью (1800 м/с) и нагревают породу. Так как горелка вращается вокруг оси, то нагрев породы чередуется с охлаждением ее водой, поступающей на забой скважины. Вследствие этого происходит растрескивание («шелушение») породы, а высокая кинетическая энергия газовых струй обеспечивает отрыв растрескавшихся частиц породы. Продукты сгорания и образующийся в скважине водяной пар выносят разрушенную породу из скважины на поверхность. В небольших масштабах огневое бурение применяют только при очень крепких породах.
|
|
|
Выпускается станок СБТМ-20 термомеханического бурения . Обычный режим бурения этим станком — огневой. Если же скорость термического бурения падает, то включают специально смонтированный на буровом ставе ударный механизм. Нагретый термобуром поверхностный слой породы сравнительно легко разрушается коронкой, установленной в головной части термобура.
Рис. 3. 10. Огневое бурение скважин: а – схема реактивной горелки (1 – вода; 2 – керосин; 3 – кислород; 4 – камера сгорания; 5 – газовая струя); б – схема бурового станка СБШ-250МНР (1 – машинное отделение; 2 – электролебедка; 3, 4 – соответственно нижняя и верхняя части мачты; 5 – люнет; 6 – вращатель; 7 – штанги; 8 – парогазоотвод; 9 – реактивная горелка)
На горнорудных предприятиях КМА и Кривбасса применяется комбинированная технология бурения скважин, при которой скважины диаметром 250 мм, пробуренные станками шарошечного бурения, расширяются станками огневого бурения до диаметра 450—500 мм. Такая технология позволяет повысить в целом эффективность буровзрывных работ. Для подобной технологии на базе серийно выпускаемого станка СБШ-250МН выпущены и на Михайловском ГОКе испытаны станки СБШ-250МНР для шарошечного бурения и огневого расширения скважин.
Для термического расширения скважин на станке СБШ-250МНР установлено дополнительное оборудование (рис. 3. 10, б). Буровой став для термического расширения скважин смонтирован посредством направляющих на передней части мачты. Мачта выполнена из двух жестко соединенных между собой секций. Нижняя секция — усовершенствованная конструкция мачты базового станка, верхняя секция выполнена в виде надставки к мачте. В нижней части мачты размещено оборудование для шарошечного бурения (вращатель с буровым снарядом, механизм свинчивания и развинчивания штанг и др. ). В машинном отделении установлены винтовой компрессор, емкости для рабочих компонентов (вода, топливо) огневого бурения, электрогидравлическая аппаратура и пульт управления.
|
|
|
|
|
|
