Огневое бурение взрывных скважин. Огневое бурение взрывных скважин
 Скачать 113.39 Kb.
|
|
Министерство Образования Российской Федерации Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Реферат на тему: «Огневое бурение взрывных скважин» Выполнил: Проверил: Якутск, 2022 Содержание Введение…………………………………………………………………….3 Огневое бурение скважин……………………………………………....5 Огневой способ бурения……………………………………………..…6 Термическое бурение…………………………………………………...8 Взрывчатые вещества и конструкции их зарядов…………………...12 Станки огневого (термического) бурения…………………………...13 Заключение………………………………………………………………..15 Список использованной литературы…………………………………….17 Введение При огневом (термическом) бурении породы разрушаются в результате интенсивного воздействия на них высокотемпературной газовой струи, вылетающей из сопла со сверхзвуковой скоростью. При мгновенном нагреве породы в ней образуется поле термических напряжений, вызывающих разрушение поверхностного слоя (на глубину до 3—5 мм) на отдельные мелкие частицы — чешуйки. Бурение осуществляют самоходными огнеструйными буровыми станками, имеющими термобур с горелкой. Вращением термобура достигают периодического нагревания отдельных участков забоя. Технологические операции выполняют в следующей последовательности: зажигание горелки, бурение, расширение скважин в нижней части и очистка. При зажигании в камере сгорания огнеструйной горелки смешиваются горючее и окислитель и образуются высокотемпературные газовые струи, которые проходят через сопловой аппарат, приобретая при этом сверхзвуковую скорость. При бурении в крепких породах стойкость горелок составляет 800—1000 м. На производительность станков огневого бурения оказывают влияние температуры истекающих из сопел горелки газов, их скорости и массовый расход, а также физико-механические характеристики горных пород — минеральный состав, крепость, трещиноватость, упругость и теплофизические свойства. Огневое бурение следует применять в окисленных и неокислен- ных железных рудах, так как в них разрушение происходит путем шелушения с образованием мелкой крошки, т. е. без плавления. В породах, где скорость бурения и плавления низкая, данный способ не эффективен. Перспективно огневое бурение в комбинации с шарошечным: вначале скважину бурят шарошечным станком, а затем нижнюю ее часть (в месте размещения заряда ВВ) расширяют огневым способом. Для бурения скважин по такой технологии применяют термошарошечные станки. Тепловые потоки создают горелками ракетного типа, которые работают на смеси керосина и кислорода либо бензина со сжатым воздухом. Скважины диаметром 160—225 мм и более на карьерах бурят с помощью станков СБО-1, СБО-2, СБО-4 и СБО-5, СБО-160/20 (рис. 4.17), которые способны расширять нижнюю часть скважины до 500 мм. На станках огневого бурения в качестве горючего служит керосин и реже бензин, а окислителя — газообразный кислород или сжатый воздух. Использование кислорода позволяет значительно повысить температуру газов, но приводит к высоким затратам на бурение (доля затрат на кислород и его доставку достигает 40— 45 %). При этом повышаются требования к технике безопасности. 1. Огневое бурение скважин При механических способах бурения скважин с увеличением крепости и образивности горных пород скорость бурения уменьшается и более быстро изнашивается породоразрушающий инструмент. В результате этого стоимость бурения скважин резко увеличивается. При огневом бурении порода разрушается газовыми струями, образующимися в результате сгорания жидкого горючего с окислителем; скорость бурения с увеличением крепости пород обычно повышается. Поэтому огневое бурение скважин применяют в крепких и весьма крепких горных породах, имеющих кварцевую основу. Производительность станков огневого бурения в крепчайших породах в 5—10 раз выше по сравнению с ударно-канатными станками. Сущность огневого бурения скважин заключается в следующем. Высокотемпературная газовая струя, выбрасываемая из реактивной горелки со сверхзвуковой скоростью, быстро прогревает тонкий слой породы в забое скважины. В результате разности термических напряжений, возникающих в соседних слоях, породы из-за неравномерности ее нагревания, а также значительных напряжений в среде, вызванных неравномерностью расширения отдельных кристаллов, происходит растрескивание породы. Разрушенная порода струей газов и пара выносится из скважины. Наиболее интенсивно разрушаются при огневом бурении крепкие монолитные породы, имеющие в своем составе много кварца (кварциты, граниты, песчаники и др.). В сильнотрещиноватых породах огневое бурение малоэффективно, так как проникновение газовых потоков в трещины значительно повышает теплопроводность породного массива. Также плохо поддаются огневому бурению слабые породы, имеющие большую упругую деформацию, затрудняющую создание разрушающих напряжений в массиве. В настоящее время на карьерах СССР применяют два типа станков огневого бурения: СБО-1 и СБО-2, работающие на керосине и окислителе-кислороде и приспособленные для бурения вертикальных скважин глубиной до 20 м. Кроме этого, используется станок СБО-3 с гибкой штангой, предназначенный для бурения вертикальных скважин глубиной до 40 м (табл. 14). В качестве окислителя на станке СБО-3 может применяться кислород, сжатый воздух или азотная кислота. Огневой способ бурения При огневом способе бурения порода разрушается в результате интенсивного воздействия на нее высокотемпературной газовой струи, вылетающей из сопла со сверхзвуковой скоростью. При мгновенном нагреве породы в ней образуется поле термических напряжений, вызывающих разрушение поверхностного слоя глубиной 3…5 мм на отдельные мелкие частички-чешуйки. Бурение осуществляется самоходными огнеструйными буровыми станками, имеющими термобур с горелкой. Вращением термобура достигается периодическое нагревание отдельных участков забоя. Технологические операции огневого способа бурения: · расширение скважины в нижней части; Огневое бурение эффективно применяется в окисленных и неокисленных железных рудах, т.к. в этих породах и рудах разрушение происходит путем шелушения с образованием мелкой крошки, т.е. без плавления. Возможно применение огневого бурения с шарошечным: — скважину бурят шарошечным станком; — нижнюю часть (в месте размещения заряда ВВ) расширяют огневым способом. Для бурения скважин по такой технологии применяют термошарошечные станки. Тепловые потоки создаются горелками ракетного типа, работающими на смеси керосина и кислорода или бензина со сжатым воздухом. На карьерах бурят скважины диаметром 160…225 мм станками огневого бурения СБО-1, СБО-2, СБО-4, СБО-5, а также СБО-160/20 способными расширить нижнюю часть скважины до 500 мм.  Рисунок 1. Буровой станок СБО – 160/20 Шпуры глубиной 1…1,5 м и диаметром 50…60 мм бурят ручными термобурами с односопловыми горелками. Окислитель – сжатый воздух – подается в термобур под давлением 50…60 Па от передвижного компрессора. В качестве горючего применяется бензин. Ручные термобуры применяют для термического разрушения негаба- ритных кусков, резания каменных блоков и обработки на поверхности. К термическому бурению относят разрушение пород лазерным лучом в результате их нагревания и создания термических напряжений (шелушения) и их расплавления. Термическое бурение Термическое бурение — способ бурения, выполняемый с помощью специальной огнеструйной горелки. На забое скважины с помощью высокотемпературных газовых струй, выходящих со сверхзвуковой скоростью из сопел горелки, в результате сложного взаимодействия раскалённых струй и воды с разрушаемой породой происходит бурение. Огнеструйная горелка состоит из форсунки эжекторного типа для подачи жидкого горючего в распылённом виде, камеры сгорания, корпуса, сопел. В камеру сгорания попадает топливо (керосин, бензин) и смешивается со сжатым воздухом, поступившим другими каналами. После смешивания, полученное топливо выбрасывается со сверхзвуковой скоростью из сопел. Охлаждаются горелки, как правило водой (реже воздухом), которая подается в зарубашечное пространство камеры сгорания. Тепловые потоки, создаваемые горелками, до 42 кДж/м 2 •ч, скорость струй 1800-2200 м/с, температура 1800-2000 о С при окислении сжатым воздухом и до 3500 о С при окислении кислородом. В результате работы горелки, струя газов ударяет в породу, вызывая в ее наружной зоне большие напряжения, достигающие предела ее прочности. Факторы вызывающие напряжения в породе: очень быстрый нагрев поверхностного слоя; динамическое воздействие струи газа. В результате верхний слой породы растрескивается, также возможен расплав отдельных участков. Продукты термического бурения удаляются из забоя восходящим газовым потоком, образуемым из смеси продуктов сгорания и паров воды, которые вентилятором выбрасываются в атмосферу. Хорошо бурятся термически те породы, которые имеют кристаллическую структуру с плотным цементом, массивной структурой, с незначительным количеством низкоплавких минералов, глинистых включений. Установки термического бурения бывают с вращающимся рабочим органом, применяемые при бурении крепких, трещиноватых пород, и станки с невращающимся рабочим органом, применяемые при бурении монолитных пород. Для бурения мелких шпуров до 2м. создано несколько конструкций ручных термобуров, термоотбойников, терморезаков и другого инструмента. Классификация способов разрушения горных пород при бурении шпуров и скважин По характеру разрушения горных пород — бурения шпуров и скважин делятся на механические, физические и комбинированные способы. Механические разделяют на ударный, вращательный, вращательно-ударный и ударно-вращательный способы бурения шпуров и скважин. При ударном бурении, разрушение горных пород происходит в результате последовательных ударов по забою инструментом. Ударное разрушение горных пород осуществляется отбойными молотками, которые применяются при дроблении негабаритных кусков горных пород. Принцип действия бурильных перфораторов, тоже относят к ударному действию. Разрушение горных пород происходит в результате ударов по забою шпуров, совершающих вращательно-поступательное движение. Перед каждым последующим ударом инструмент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая тем самым, разрушения по всей площади забоя. Бурильными перфораторами осуществляются бурения шпуров и скважин диаметром 32-85 мм. Марки бурильных молотков ПР-19, ПР-20Н, ПР-22, ПР-24МВ, ПР-25Л, ПП-36, ПП-54. При вращательном способе бурения, разрушение горных пород осуществляется за счет осевых давлений инструмента и резца. Разрушенная горная порода — буровая мелочь, выдаётся на земную поверхность спиральными шнековыми штангами. Вращательный способ бурения применяется для бурения скважин в породах мягких и ниже средней крепости VII категории по СНиП и менее при разработке карьеров строительных материалов и строительстве ирригационных объектов. Основным недостатком данного способа является относительно невысокий уровень механизации вспомогательных операций. Промышленность выпускает три типа станков шнекового бурения: СВБ-2М, 1СБР-125, СБР-160 и их модификации. Станки шнекового бурения, основные технические характеристики вращательного бурения приведены в табл. 1, которые широко применяются (до 16% объема буровых работ), для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 125-160 мм и глубиной до 25м в породах с f=2÷6, главным образом, на угольных карьерах (уголь, аргиллиты, мягкий известняк) и на карьерах стройматериалов (мергель, щебень и др.). Их производительность составляет 100-150 м/смену. Станки характеризуются простотой конструкции и эксплуатации, при их работе обеспечиваются благоприятные санитарно-гигиенические условия. Станок СБР-160А-24 оснащен мачтой высотой 12 м, что позволяет использовать шнеки длиной 8,4 м, подача штанг и разборка става механизированы, предусмотрены гидравлическая подача бурового става, гидроцилиндры подъема и опускания мачты. Станок имеет ходовую часть ХГ-30 гусеничного типа с электроприводом, буровой став вращается от трехскоростного асинхронного двигателя через редуктор. На станке Станок СБР-160Б-32 создан на базе станка СБР-160А-24, налажен его серийный выпуск. Эта модель отличается большей глубиной бурения, для чего применена кассета, установленная снаружи мачты. Станок имеет кабельный барабан. Гидрофицированный буровой станок 2СБР-160-24 создан взамен СБР-160А-24. На станке используются укороченные шнековые штанги длиной 4 м с резьбовыми соединениями, что позволяет полностью механизировать процесс сборки-разборки става. Подача и вращение става осуществляются от гидродвигателей. Привод гусеничного хода типа ХГ-18 осуществляется от асинхронных электродвигателей через редуктор. Станок СБР-200-32 (48) имеет аналогичную 2СБР-160-24 конструкцию, оснащен кабельным барабаном, системами автоматизации и диагностики. Станок может бурить резцовыми и шарошечными долотами, для этого предусмотрено подключение прицепного компрессора. Станки шарошечного бурения скважин, получили наибольшее распространение на карьерах в породах практически всех категорий крепости, технические характеристики шарошечных станков приведены в табл. 2, которые получили наибольшее распространение (более 80 % объема буровых работ) для бурения скважин диаметром 190-320 мм и глубиной до 35 м в породах с f = 6¸16. Основные их достоинства – высокая производительность (150-200 м/смену), непрерывность процесса бурения, возможность его автоматизации, комфортные условия труда. Станки вращательного бурения типа СБШ предназначены для бурения взрывных скважин на открытых горных разработках в сухих и обводненных, монолитных и трещиноватых породах. устанавливается компрессор для комбинированной шнеко-воздушной очистки скважины. Управление станком – из кабины, размещенной в передней части станка. Взрывчатые вещества и конструкции их зарядов На карьерах используются следующие виды взрывчатых веществ: порошкообразные (аммониты, аммоналы, детониты); гранулированные (гранулиты, граммониты); водонаполненные (акватолы, акваниты). Некоторые взрывчатые вещества изготовляют на месте их применения, т. е. на самих карьерах. Это дешевые взрывчатые вещества, состоящие из смеси гранулированной аммиачной селитры с жидким компонентом. Для взрывания скважин на карьерах применяют сплошные и рассредоточенные заряды.  Сплошные заряды могут состоять из одного типа ВВ (днородный по взрывчатому веществу заряд (рис. 4.7, а и б) или из нескольких типов ВВ. Сплошной однородный колонковый заряд является наиболее простым и наименее трудоемким по заряжанию и поддающимся полной механизации, (кроме размещения детонирующего шнура и патрона-боевика). Для лучшего дробления породы длина колонкового заряда должна быть не менее 2/3Lскв (длины скважины) или 0,6÷0,8 W. Сплошной колонковый заряд из разных типов ВВ состоит из двух частей — в нижней части заряда помещают более мощное водоустойчивое взрывчатое вещество типа гранитола и алюмотола для обеспечения качественной проработки подошвы, а в верхней части—более дешевое взрывчатое вещество типа игданита, гранулита или граммонита. Рассредоточенные воздушным, или инертным промежутком заряды применяют для рыхлении разнопрочных пород по высоте уступа. Для равномерного рыхления заряды ВВ размещают в более прочных породах а воздушные промежутки в слабых. В качестве разделителя зарядов по глубине скважин используют пыжи из поролона, бумаги, деревянных чурок, засыпку из инертного материала и полиэтиленовые мешки, заполненные водой. При рассредоточенных зарядах каждый участок заряда ВВ взрывают своим собственным патроном боевиком с детонирующим шнуром. Патрон-боевик в каждой скважине располагается, как правило, на уровне подошвы уступа (рис. 3.7). Это обеспечивает совпадение направления детонации заряда взрывчатого вещества и направления разрушения массива, а также лучшую проработку подошвы. Длина забойки не зависит от конструкции заряда и принимается от 20dскв в трещиноватых породах до 35dскв в крепких породах. Станки огневого (термического) бурения Огневое (термическое) бурение может быть использовано в весьма труднобуримых кварцсодержащих породах с коэффициентом крепости 20. Огневое бурение применяется на Токовском карьере по добыче гранита. Этот вид. бурения весьма перспективен для крупных карьеров по добыче кварцсодержащих изверженных пород. В настоящее время отечественной промышленностью выпускается станок термомеханического бурения СБТМ-20. Основными технологическими операциями являются: зажигание горелки; собственно бурение, заключанвдееся в подаче вращающегося термобура на забой; расширение скважины в нижней ее части (при создании котловой полости) или по всей ее глубине и очистка скважины. В камере сгорания огнеструйной горелки смешиваются горючее и окислитель и образуются высокотемпературные газовые струи,„которые, проходя через _сопловой аппарат, приобретают сверхзвуковую скорость. Охлаждение горелки и пылеподавление осуществляются водой и сжатым воздухом. При использовании в качестве окислителя сжатого воздуха рациональны односопловые горелки, позволяющие повысить концентрацию газового потока. Двух- и трехсопловые горелки применяют при окислителе — газообразном кислороде. Стойкость горелок обычно составляет 800—1000 м. Горючее и вода из расходных баков, смонтированных на станке, подаются к горелке посредством агрегатов по трубопроводам, а окислитель — по гибким шлангам. Для удаления газа и пара из скважины служит газоотсасывающая установка с центробежным вентилятором. Глубина огневого бурения в среднем составляет 18—23 м, так как бурение ведется без наращивания штанг, внутри которых расположены трубопроводы подачи к горелке^горючего и воды. В качестве горючего используются керосин и дизельное топливо, а окислителем является газообразный кислород или сжатый воздух. Режим термического бурения характеризуется температурой и скоростью газового потока. Регулирование частоты вращения и подачи на забой термобура является технологическим средством изменения теплового потока. Заключение При огневом способе бурения порода разрушается в результате интенсивного воздействия на нее высокотемпературной газовой струи, вылетающей из сопла со сверхзвуковой скоростью. При мгновенном нагреве породы в ней образуется поле термических напряжений, вызывающих разрушение поверхностного слоя глубиной 3…5 мм на отдельные мелкие частички-чешуйки. Бурение осуществляется самоходными огнеструйными буровыми станками, имеющими термобур с горелкой. Вращением термобура достигается периодическое нагревание отдельных участков забоя. Технологические операции огневого способа бурения: · зажигание горелки; · бурение; · расширение скважины в нижней части; · очистка скважины. Огневое бурение эффективно применяется в окисленных и неокисленных железных рудах, т.к. в этих породах и рудах разрушение происходит путем шелушения с образованием мелкой крошки, т.е. без плавления. Возможно применение огневого бурения с шарошечным: - скважину бурят шарошечным станком; - нижнюю часть (в месте размещения заряда ВВ) расширяют огневым способом. Для бурения скважин по такой технологии применяют термошарошечные станки. Тепловые потоки создаются горелками ракетного типа, работающими на смеси керосина и кислорода или бензина со сжатым воздухом. Список использованной литературы 1. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч.1. - М.:Недра, 1985. 2. Справочник «Открытые горные работы». - М.: Горное бюро, 1994. 3. Катанов Б. А. Современное состояние и перспективы развития бурового оборудования карьеров в условиях Кузбасса. Горное оборудование и электромеханика. № 12, 2006, с. 25–27. 4. Катанов Б. А., Воронов Ю. Е. О новом типаже буровых станков для открытых горных работ//Уголь, № 7, 1998, с. 24–26. 5. Проектирование буровых инструментов для открытых горных, земляных и строительных работ: монография/В. Д. Буткин, А. В. Гилев, С. В. Доронин и др.: – М.: МАКСПресс, 2003 – 240 с. 6. Страбыкин Н. Н. Техника бурения взрывных скважин в мерзлых породах. – М.: Недра, 1989. 172 с. 7. Танайно А. С., Липин А. А. Состояние и перспективы ударно-вращательного бурения взрывных скважин на карьерах. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. № 2, 2004, с. 82–86. |