работа на буровом станке свб-2м, машинист буровой установки. буровой станок свб-2м. Учебное пособие для машинистов бурового станка свб 2М

• Название: Учебное пособие для машинистов бурового станка свб 2М
• Анкор: работа на буровом станке свб-2м, машинист буровой установки
• Дата: 23.01.2020
• Размер: 7.61 Mb.
• Имя файла: буровой станок свб-2м.docx
• Тип: Учебное пособие; #105456
• страница: 18 из 30

Технологические основы буровых работ

Буримость горных пород

Цель бурения - создание в породном массиве скважин и шпуров.

Эффективность бурения взрывных скважин определяется скоростью бурения, которая зависит от:

       сопротивления породы разрушению под действием бурового инструмента (основной фактор);

       вида и формы бурового инструмента, способа его воздействия на забой скважины (вращательное, ударно-вращательное и др.);

       усилий и скорости воздействия бурового инструмента на забой скважины;

       диаметра скважины и , в ряде случаев, ее глубины;

       способа, скорости и тщательности удаления из забоя скважины буровой мелочи, препятствующей разрушению породы.

Все перечисленные факторы определяют технологические свойства буровых станков и определяют такое свойство горных пород, которое в горном деле называют буримостью.

Факторы, которые определяют буримость горных пород, составляют как бы две основные группы:

       факторы, определяемые только свойствами самой горной породы (прочностные свойства, трещиноватость, влажность и др.);

       факторы, определяемые параметрами станка и бурового инструмента (то есть факторы, определяющие условия разрушения породы - характер развиваемых сжимающих и скалывающих усилий, крупность отделяемых от массива частиц и др.).

В качестве физико-технической основы сопоставления пород по буримости (зависящей только от свойств породы) принимается относительный показатель трудностибурения породы П_б, который вычисляется по следующей эмпирической формуле:

Пб = К1(σсж + σсдв)+ К2γg,

(1.1)

где    К₁, К₂ - эмпирические коэффициенты;

σ_сж, σ_сдв - соответственно предельные значения сопротивления пород разрушению при сжатии и сдвиге, Па;

γ - плотность породы, кг/м³.

Все горные породы в соответствии с величиной П_б делятся на 25 категорий по буримости с подразделением их на пять классов:

   I класс - легкобуримые П_б =1...5), включает категории 1,2,3,4,5 (бурые и каменные угли, плотные глины, гипс, сланцы углистые, аргиллиты и алевролиты средней плотности);

   II класс - средней трудности бурения (П_б=6...10), включает категории 6,7,8,9,10 (сланцы, известняки, алевролиты, аргиллиты, плотные песчаники);

   III класс - труднобуримые (П_б=11...15), включает категории 11,12,13,14,15 (окварцованные известняки, диориты, габбро, доломиты, средние граниты);

   V класс - весьма труднобуримые (П_б=16...20), включает категории 16,17,18,19,20 (граниты, роговики, кварциты, диабазы);

  V класс - исключительно труднобуримые (П_б=21...25), включает категории 21,22,23,24,25 (базальты, диориты и другие исключительно труднобуримые и высокоабразивные породы.

   Породы с показателем П_б>25 относятся к внекатегорным.

Использование показателя П_бупорядочивает и облегчает технологические расчеты буровых установок, их мощности, режима бурения и скорости бурения.

Для термического(огневого) бурения при оценке термобуримости используется показатель термобуримости П_тб и температура разрушения Т_р.

Все породы разделены на три класса по термобуримости:

                     I класс - хорошо термобуримые, П_тб =0.1...0.2, Т_р =250...400 градусов (породы, имеющие кристаллическую структуру, массивную текстуру - граниты, безрудные кварциты);

                     II класс - термобуримые, П_тб=0.06...0.095, Т_р=400..450 градусов (железистые кварциты, песчаник);

                     III класс - труднотермобуримые,П_тб<=0.05, Т_р=500...600 градусов (магнетитовые руды, руды цветных металлов, мрамор).

С увеличением трещиноватости массива эффективность огневого бурения резко снижается даже при хорошо термобуримых породах, что объясняется возможностью свободного теплового расширения отдельных структурных блоков породы.

Виды бурения и их технологическая оценка

Процесс искусственного образования цилиндрической полости (выработки) в горном массиве называется бурением.

Шпур - пробуренная в породе цилиндрическая полость глубиной до 5 м и диаметром до 75 мм. Скважина - пробуренная в породе цилиндрическая полость глубиной свыше 5 м и диаметром более 75 мм.

Бурение скважин и шпуров на карьерах производится специальными породоразрушающими (буровыми) машинами, которые отличаются по применяемому способу бурения.

Существующие способы бурения можно разделить на три группы.

К первой группе относятся механические способы бурения, при которых порода разрушается под непосредственным механическим воздействием бурового инструмента на забой скважины - долота, в связи с чем эти способы иногда называют долотными. По характеру движения и воздействия бурового инструмента на породу различают следующие виды бурения:

       ударное;

       вращательное;

       ударно-вращательное (вращательно-ударное);

       шарошечное.

При этих видах бурения к буровому инструменту прилагаются следующие виды усилий:

       осевое усилие Ро;

       крутящий момент (окружное усилие) М

       ударное воздействие (удары самим инструментом или удары по инструменту) Руд.

Ко второй группе относятся бездолотные или физические способы бурения:

       термическое;

       гидравлическое (гидроимпульсное);

       взрывное;

       ультразвуковое и др.

К третьей группе относятся способы бурения, при которых механическое воздействие сочетается с термическим, электрическим или физико-химическим.

Не смотря на поиски и создание новых физических и комбинированных способов бурения, в ближайшие годы на открытых горных работах будут применяться в основном механические способы бурения.

 

1.2.1 Ударное (ударно-поворотное) бурение

Осуществляется за счет последовательно наносимых по забою ударов долотом клиновидной формы. При этом вращательный момент и постоянное осевое усилие на долото не накладывается. Разрушение породы осуществляется за счет раздавливания и скалывания. После совершения удара инструмент отскакивает от забоя скважины и поворачивается специальным механизмом на некоторый угол для нанесения удара по новому месту забоя. Таким образом обеспечивается разрушение породы по всему сечению скважины.

Ударный способ бурения реализован в станках ударно-канатного бурения и в пневматических бурильных молотках.

Станки ударно-канатного бурения широко применялись на карьерах для бурения взрывных скважин диаметром до 300 мм до начала 60-х годов. В настоящее время они полностью заменены более производительными станками шарошечного и пневмоударного бурения и применяются только для бурения водопонизительных и других технологических скважин диаметром 300-600 и глубиной более 60 м.

Пневматические бурильные молотки (удары по штанге с рабочим инструментом производятся специальным ударно-поворотным механизмом) бывают ручные и колонковые и применяются для бурения шпуров диаметром от 32 до 75 мм в скальных породах.

 

1.2.2 Вращательное бурение

При вращательном бурении резанием разрушение породы происходит резцом под действием окружного усилия (крутящий момент) и осевого давления инструмента на забой скважины. При этом в зависимости от соотношения осевого усилия и прочности породы резцы:

       срезают породу;

       скалывают

       истирают на поверхности забоя.

Преимуществом вращательного бурения резанием является непрерывность процесса разрушения и высокая производительность в мягких породах. Недостаток - ограниченная область применения, резкое снижение производительности в прочных породах (σ_сж > 60-70 МПа).

При алмазном и дробовом бурении порода разрушается только по периметру сечения скважины в пределах узкого кольца.

Вращательное бурение скважин осуществляется станками шнекового, алмазного и дробового бурения. Бурение шпуров в породах с П_б = 1...2, в основном в негабаритных кусках, может производиться электросверлами.

Станки шнекового бурения широко применяются (22% объема буровых работ) для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 125-160 мм и глубиной до 25 м в породах с П_б = 1...5, главным образом на угольных карьерах (уголь, аргиллиты, мягкие известняки) и при разработке непрочных строительных материалов (мергель, мягкий известняк и др.). Простая конструкция, при их работе обеспечиваются благоприятные санитарно-гигиенические условия. Производительность 15...120 м/смену.

Станки алмазного и дробового бурения применяют главным образом для бурения разведочных скважин, так как позволяют получать керн. Станки относительно легкие и маломощные. Бурение осложняется большим числом спускоподъемных работ. Производительность до 5-10 м/смену. Могут применяться в особо вязких абразивных породах.

 

1.2.3 Ударно-вращательное (вращательно-ударное) бурение

Ударно-вращательный способ объединяет особенности ударного и вращательного бурения резанием. Здесь удары осуществляются при наложении постоянного, но небольшого осевого усилия при непрерывном вращении долота. Разрушение пород происходит главным образом в результате ударного воздействия бурового инструмента на забой скважины с постоянной частотой ударов и лишь небольшой части породы резанием.

Этот способ бурения осуществляется станками с погружными пневмоударниками, которые применяются для бурения скважин диаметром 100-200 мм и глубиной до 30 м при разработке строительных пород с П_б = 5...20, в гидротехническом строительстве, на рудных карьерах производственной мощности до 4 млн.куб.м/год, а на более крупных карьерах для вспомогательных работ. Эти станки могут применяться и при бурении высоко абразивных весьма и исключительно труднобуримых пород с П_б > 20. Производительность 10-35 м/смену. Станки конструктивно просты. Недостатки: малая стойкость буровых коронок, низкая производительность и большое пылеобразование.

Вращательно-ударное бурение также объединяет особенности ударного и вращательного бурения, но с преобладанием мощности механизма вращения и осевого давления на забой над мощностью ударного механизма. Разрушение происходит главным образом за счет скалывания породы, ослабленной ударным воздействием. Этот способ бурения реализован в буровых установках, применяемых при проведении подземных горных выработок.

 

1.2.4 Шарошечное бурение

Шарошечное долото существенно отличается от бурового инструмента, применяемого при других способах бурения. Механизм разрушения породы шарошкой сложен. При ее перекатывании по забою под действием осевого усилия и крутящего момента порода разрушается за счет вдавливания, удара и резания.

Соотношение различных видов разрушения зависит от конструкции шарошки (формы зубьев, конфигурации шарошек) и от расположения ее осей в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

При определенной форме и ориентации осей преобладают элементы вдавливания и удара зубьев о породу. В этом случае шарошечное бурение ближе к ударно-вращательному способу. При смещении оси шарошки относительно оси долота в плане происходит проскальзывание шарошек по забою и тогда он ближе к вращательно-ударному, то есть с преобладанием явления резания породы.

Станки шарошечного бурения за последние 20-25 лет получили наибольшее распространение (70% буровых работ) при бурении скважин диаметром 160-320 мм и глубиной до 35 м в породах с П_б > 5.

Достоинства - высокая производительность (до 150 м/смену), непрерывность процесса бурения, возможность его автоматизации.

Недостатки - большая масса станка, малая стойкость долот в труднобуримых породах.

 

1.2.5 Термическое (огневое) бурение

Этот способ получил распространение при бурении скважин диаметром 250-360 мм и глубиной до 17-22 м главным образом в весьма и исключительно труднобуримых кварцсодержащих породах (П_б = 16...25).

Хрупкое разрушение пород происходит за счет нагрева забоя скважины сверхзвуковыми раскаленными струями и появления термических напряжений, превышающих предел прочности породы. Производительность в хорошо термобуримых породах достигает 12-15 м/час.

В трудно термобуримых породах (например, трещиноватых) этим способом эффективно расширение диаметра заряжаемой части скважин (до 400-500 мм), пробуренных шарошечными станками. При этом расстояние между скважинами может быть увеличено, что ведет к снижению объема бурения.

 

1.2.6 Прочие виды бурения

При взрывном способе бурения разрушение забоя происходит от действия взрыва, при гидравлическом - от удара воды, при плазменном - от удара струи плазмы. Эти способы бурения находятся в стадии научной и экспериментальной разработки.

Так же на стадии испытания находятся станки вибрационного бурения (небольшая масса, простой буровой инструмент, возможность бурения в разном направлении, высокая производительность).

 

1.2.7 Технология, техническая скорость и режим бурения

Технология бурения обуславливает последовательность выполнения операций для образования скважин. При обуривании блока породного массива в общем случае выполняются операции:

            установка станка на заданной отметке;

            непосредственно бурение;

            наращивание бурового става по мере углубления скважины;

            разборка бурового става;

            замена изношенного инструмента;

            переезд станка к отметке следующей скважины.

Бурение скважины является прерывным процессом и включает ряд повторяющихся операций.

Техническая скорость бурения зависит от:

            буримости горной породы;

            конструкции и типа бурового инструмента;

            нагрузки на буровой инструмент;

            частоты вращения бурового инструмента;

            способа удаления буровой мелочи.

Режим бурения характеризуется:

            величиной развиваемых усилий;

            частотой ударов и вращения рабочего инструмента;

            удалением буровой мелочи.

Каждый вид бурения характеризуется своими возможными параметрами режима бурения.

1.3 Технологическая характеристика и режим ударного бурения

Технология ударно-канатного бурения: буровой снаряд массой 0.8-3 т периодически поднимается и свободно падает на забой скважины. После каждого удара снаряд (и лезвие долота) посредством канатного замка поворачивается на некоторый угол, что обеспечивает равномерное разрушение породы по всей площади забоя скважины. Буровая мелочь смешивается с водой, которая периодически или постоянно подливается в скважину и образует буровой шлам.

Буровой шлам периодически удаляется из скважины желонкой (специальный цилиндрический сосуд). Таким образом, процесс бурения включает две основные операции:

       долбление;

       желонирование.

Скорость ударно-канатного бурения определяется:

       массой бурового снаряда;

       частотой очистки скважины от шлама (обычно через 0.6-1 м бурения).

Ударное бурение шпуров и скважин в карьерах осуществляется ручными и колонковыми бурильными молотками (табл. 1.1)

Таблица 1.1 - Техническая характеристика бурильных молотков

	Ручные	Колонковые
Масса, кг	10-30	40-70
Давление сжатого воздуха, МПа	0.5	0.5
Расход воздуха, м3/с	0.03-0.05	0.05-0.10
Диаметр шпуров, мм	36-46	46-75
Глубина бурения, м	3-4	8-15

Бурильные молотки снабжаются сжатым воздухом от передвижных компрессоров с подачей 0.05-0.15 м³/с, максимальное давление воздуха составляет 0.6-0.7 МПа, масса 1-6 т. Приводом передвижных компрессорных станций являются двигатели внутреннего сгорания или электродвигатели.

1.4 Технологическая характеристика и режим шнекового бурения

Технология шнекового бурения состоит в образовании взрывных скважин коронками режущего типа (резцами) под воздействием усилия подачи рабочего инструмента на забой скважины и вращения бурового става. Передача резцу крутящего момента и усилия подачи, а также удаления буровой мелочи из забоя обеспечивается шнековыми штангами с ребордами винтовой формы.

Основными технологическими операциями шнекового бурения скважины являются:

       собственно бурение;

       наращивание и разборка бурового става, состоящего из отдельных штанг.

Усилие подачи на резец осуществляется как под действием массы вращателя и бурового става (станок СБР-125), так и принудительно (СБР-160). Передвижение станка - шагающее устройство (СБР-125) или гусеничный ход.

По конструкции режущие долота делятся на две группы: с постоянным и переменным контактом породоразрушающих элементов с забоем скважины.

Долота с постоянной контактом бывают:

       с непосредственной армировкой лопастей пластинами твердого сплава;

       со съемными породоразрушающими лопастями;

       со сменными резцами.

Долота с переменным контактом оснащаются вращающимися на опорах резцами, имеющих форму зубчатых колес, торцевая часть которых армирована твердосплавными пластинами или штырями.

Стойкость долот зависит от крепости буримых пород и составляет 1500-3000 м.

Штанга представляет металлическую трубу, на которую по винтовой линии наварены металлические полосы, образующие шнек.

Стойкость штанг составляет 1000-4000 м.

Для лучшей очистки скважин от буровой мелочи по центральной трубе может подаваться сжатый воздух, что обеспечивает шнеко-пневматическую очистку.

Режим шнекового бурения характеризуется:

       усилиями подачи;

       частотой вращения бурового инструмента;

       эффективностью удаления продуктов разрушения.



Рисунок 1.1 - Зависимость скорости бурения от усилия подачи Р_о и частоты вращения n бурового става

Зависимость между скоростью бурения V_б и усилием подачи Р_о характеризуется зонами (рис.1.1, а): 1 - истирания; 2 - переходная; 3 - объемного разрушения; 4 - падения скорости.

Для пород различной буримости зависимость V_б = f(Р_о) в зоне объемного разрушения остается линейной, изменяется только угол a.

Скорость бурения зависит также от частоты вращения n бурового става (рис.1.1, b). Кроме того от частоты вращения бурового става зависит эффективность удаления буровой мелочи, необходимо превышение критической частоты вращения, которая составляет 60-70 об/мин.

Частота вращения и усилие подачи ограничиваются в трещиноватых полускальных породах прочностью резцов, а в плотных породах - необходимостью удаления продуктов разрушения из скважины. Предельно допустимая частота вращения по интенсивности износа бурового инструмента и транспортирования буровой мелочи из скважины составляет 220...250 об/мин. У выпускаемых станков шнекового бурения частота вращения бурового става изменяется от 80 до 248 об/мин.

Техническая скорость шнекового бурения (м/ч) приближенно может быть определена по формуле

(1.2)

где    Р₀ - усилие подачи, кН;

n - частота вращения бурового става, об/с;

d - диаметр резца, м.

Бурение скважин режущими долотами получило широкое распространение на разрезах как на угольных, так и на вскрышных уступах. Так станки вращательного бурения СВБ-2М и СБР-160, рассчитанные на бурение скважин диаметром 160 мм, составляют около 60% от общего числа станков.

Таблица 1.2 - Техническая характеристика СВБ-2М и СБР-160

	Тип станка
	СВБ-2М	СБР-160
Диаметр скважины, мм Глубина бурения, м Направление бурения, градус Частота вращения долота, об/мин Усилие подачи, кН Мощность вращателя, кВт Установленная мощность, кВт Штанга шнековая:       диаметр, мм       длина, м       количество Масса станка, т	160 25 до 30 123, 207 50 40 56   155 1.8 14 9.8	160 24 15 и 30 100, 135, 200 80 36/40/50 165   155 8.39 3 22