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: 19 из 30

1.5 Технологическая характеристика и режим шарошечного бурения

Шарошечное бурение осуществляется долотами, имеющими в качестве разрушающего органа конусообразные шарошки с зубьями (зубчатые долота) или штырями, армированными твердыми сплавами (штыревые долота).

Принцип бурения состоит в том, что при вращении долота шарошки перекатываются по забою, их зубки (штыри) внедряются в породу и разрушают ее. Процесс внедрения зубков в породу происходит под действием большого осевого усилия, передаваемого на забой через буровой став.

По сравнению с режущим буровым инструментом шарошечные долота имеют большую площадь рабочей поверхности при меньшей площади контакта в каждый момент времени. Внедрение зубьев при перекатывании шарошек происходит кратковременно, поэтому работа сил трения и износ зубьев оказываются гораздо меньшим, чем у режущих долот. Этот способ эффективен при бурении в породах различной крепости.

Разрушенная порода удаляется из забоя скважины сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью.

По массе и развиваемому усилию подачи станки шарошечного бурения подразделяются на:

       легкие - масса до 40 т, усилие подачи до 200 кН, диаметр скважины 150-220 мм, рациональная область применения - породы с Пб=6-10, станок СБШ-160;

       средние - масса до 65 т, усилие подачи до 350 кН, диаметр скважины 220-270 мм, Пб=10-14, станки 2СБШ-200Н, 3СБШ-200, СБШ-250МН;

       тяжелые - масса до 120 т, усилие подачи до 700 кН, диаметр скважины 320-400 мм, Пб>14, станки СБШ-320, СБШ-400.

Основными технологическими операциями при бурении скважин шарошечными станками являются:

       передвижение к месту бурения и установка станка для бурения;

       подъем и разборка бурового става и смена бурового инструмента;

       наращивание бурового става в процессе бурения.

Последовательность и продолжительность операций бурения скважин зависит от кинематической схемы вращательно-подающего механизма бурового станка.

Для увеличения стойкости долот и применения систем автоматического регулирования режимов бурения необходима плавная регулировка усилий подачи и частоты вращения, что обеспечивается применением в качестве привода вращателя двигателей постоянного тока.

В общих затратах на бурение скважин от 20 до 45% составляют расходы на буровой инструмент. От правильного выбора долота в значительной степени зависит их стойкость, скорость бурения и затраты на бурение. Выбор типа шарошечных долот производится в зависимости от прочностных свойств пород (категории по буримости) с учетом абразивности.

Обычно применяются трехшарошечные зубчатые, штыревые или комбинированные долота, имеющие каналы для продувки скважины и каналы для смазки опор шарошек, которые вращаются на консольных осях с подшипниками.

Типы долот различаются видом, геометрическими размерами, параметрами вооружения и областью применения (табл. 1.3).

Таблица 1.3 - Области рационального применения различных типов шарошечных долот

Тип долота	Буримые породы	Пб	Зубья и штыри шарошек
C	Малоабразивные легкобуримые	до 6	Фрезерованные
CT	Малоабразивные легкобуримые с пропластками пород средней буримости	до 6	Фрезерованные
Т	Среднеабразивные средней трудности бурения	6-8	Фрезерованные
ТК	Среднеабразивные средней трудности бурения с пропластками труднобуримых пород	8-10	Комбинация фрезерованных и вставных
ТЗ	Абразивные средней трудности бурения и труднобуримые	8-12	Вставные
ТКЗ	Абразивные труднобуримые	10-12	Вставные
К	Абразивные труднобуримые	12-16	Вставные
ОК	Высоко абразивные труднобуримые и весьма труднобуримые	16	Вставные

Стойкость шарошечных долот в зависимости от категории буримости и особенно абразивности пород может составлять от 100 до 2000 м.

Применение смазки шарошек увеличивает их стойкость в 1.5-2 раза.

Вращение и усилие подачи на шарошечное долото передают пустотелые буровые штанги, по которым поступает воздух и воздушно-водяная смесь для очистки скважины от буровой мелочи и охлаждения долота.

Диаметр штанги должен быть на 35-50 мм меньше диаметра долота для нормального выноса буровой мелочи в затрубном пространстве.

Режим шарошечного бурения определяется следующими параметрами:

       осевое усилие на долото;

       частота вращения долота;

       расход воздуха для очистки забоя скважины от буровой мелочи и охлаждения долота.

Бурение шарошечными долотами эффективно лишь в случае достаточного осевого давления (усилия подачи). В связи с этим процесс разрушения породы может быть:

       поверхностным - контактное давление зубков на породу значительно ниже предела прочности породы;

       усталостным - разрушение происходит после нескольких ударов зубков по одному и тому же месту;

       объемным - контактное давление достигает предела прочности породы.

Требуемое для объемного разрушения породы удельное усилие подачи (т.е. осевое давление Р_о на 1 см диаметра долота) зависит от буримости породы и при П_б = 8..16 составляет 9..22 кН/см. Фактическое создаваемое серийными станками усилие подачи для этих же условий по буримости составляет 7..18 кН/см.

Несоответствие между фактическим и оптимальным удельными усилиями подачи объясняется недостаточной прочностью шарошечных долот и мощностью станков.

Зависимость скорости бурения от усилия подачи показана на рис. 1.2



Рисунок 1.2 - Зависимость скорости шарошечного бурения V_b от усилия подачи на долото P_o

При очень большом усилии подачи ( P_o>P_k) скорость бурения практически не увеличивается из-за ухудшения очистки забоя скважины от буровой мелочи при постоянных расходах воздуха. К тому же такие большие усилия подачи в современных буровых станках не достигаются. Поэтому необходимо применять усилия подачи, максимально возможные по надежности опор шарошек и массе станков (9-22 кН на 1 см диаметра долота).

При бурении наклонных скважин усилие подачи снижают на 20-25% для предотвращения смещения станка.

С увеличением частоты вращения долота n техническая скорость бурения V_б повышается, но существенно снижается стойкость долота (рис. 1.3)



Рисунок 1.3 - Зависимость скорости шарошечного бурения V_b (1) и стойкости долот S_d 
без смазки опор (2) и при их смазке (3) от частоты вращения долота n.

На практике частота вращения бурового инструмента составляет 40-120 об/мин. Для интенсификации процесса бурения необходимо повысить стойкость долот и увеличить частоту вращения до 150-200 об/мин.

Для увеличения стойкости долот применяют наддолотные амортизаторы, снижающие влияние вибрации и ударов на износ долот, и принудительнуюсмазку. Этим способом увеличивается стойкость долот в 1.5 и более раз и обеспечивается стабильный режим эксплуатации станков с частотой вращения долота 120-140 об/мин.

Ориентировочно техническую скорость шарошечного бурения (м/ч) можно определить по формуле

(1.3)

где    D - диаметр долота, м;

         n - частота вращения, об/с;

         P₀ - усилие подачи, кН;

         П_b - показатель буримости породы.

По мере износа долота скорость бурения снижается, так как уменьшается высота зубьев или штырей и уменьшается глубина внедрения из в породу при постоянном усилии подачи. Поэтому для определения текущей скорости (V_bТ) используется зависимость

(1.4)

где    h - текущая величина проходки скважины данным долотом, м;

S_d - стойкость долота, м;

V_b - скорость бурения, рассчитанная по формуле (1.3).

Доводить долото до полного затупления нецелесообразно, так как при этом средняя скорость бурения снижается на 7-10%.

Расход сжатого воздуха Q (м³/мин) должен обеспечивать полное удаление из скважины продуктов разрушения без их переизмельчения. Он ориентировочно может быть определен по формуле:

(1.5)

где  D - диаметр скважины, м;

g_n - плотность породы, т/м³;

g_v- плотность воздуха или воздушно-водяной смеси, кг/м³;

m - массовая доля частиц породы в сжатом воздухе или воздушно-водяной смеси, % (m = 40-60%).

1.6 Технологическая характеристика и режим пневмоударного бурения

Преимущества станков ударно-вращательного бурения с погружными пневмоударниками - небольшие осевые усилия на инструмент, что при наличии малогабаритных компрессоров высокого давления дает возможность значительно снизить массу и габаритные размеры станков, повысить их производительность и мобильность.

Однако выпускаемые станки этого типа позволяют бурить скважины малого диаметра (105-160 мм) и по конструкции они не приспособлены к резким изменениям свойств пород (это ограничивает их применение на угольных карьерах).

В настоящее время на карьерах для бурения скважин диаметром от 105 до 160 мм применяют различные станки с погружными пневмоударниками:

       СБУ-100Г, СБУ-100П (скважины до 125 мм, Г - гусеничный ход, П -  пневмоколесный ход, глубина до 35 м, масса соответственно 5 и 4 т);

       1СБУ-125, 2СБУ-125 ( до 125 мм, гусеничный ход, глубина до 24 м, масса 8.5 т);

       СБУ-160 и СБУ-200 (до 160 и 200 мм, в стадии разработки).

Рабочим органом станка является погружной пневмоударник. С помощью клапанного устройства сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит в поступательно-возвратное движение ударник, наносящий удары по хвостовику буровой коронки. Частота ударов 28-41 в секунду. Одновременно вместе со штангой вращается пневмоударник, вращатель расположен вне скважины. Буровая мелочь удаляется из скважины воздушно-водяной смесью или сжатым воздухом.

Главной особенностью работы пневмоударников является обеспечение эффективной удельной энергии удара (на 1 см диаметра долота) для достижения постоянной скорости бурения при различном диаметре скважины. Общая энергия удара обычно составляет до 140 Дж (у перспективных станков 280-400 Дж) при давлении воздуха 0.5-0.7 МПа, его расходе 0.06-0.30 м³/сек.

Доля затрат на буровой инструмент составляет 30-35%.

Буровые коронки имеют диаметр 105, 125, 155, 160 и 200 мм.

По числу разрушающих лезвий коронки различают:

       однодолотчатые (зубильного типа);

       трехперые (применяются при бурении малотрещиноватых диаметром до 105 мм);

       крестовые (этот тип коронок с опережающим лезвием и диаметром до 160 мм применяется для бурения трещиноватых пород);

       Х-образные;

       штыревые (эти коронки, армированные цилиндрическими вставками твердого сплава со сферической разрушающей породу поверхностью, успешно эксплуатируются при удельных энергиях удара, значительно больших по сравнению с долотчатыми и крестовыми коронками).

По расположению лезвий:

       одноступенчатые (передают наибольшее усилие на породу, но интенсивно изнашиваются по высоте и диаметру);

       двухступенчатые (с опережающим лезвием);

       многоступенчатые.

По роду удаления продуктов разрушения коронки могут иметь продувку:

       центральную;

       боковую;

       периферийную.

Коронки армируются призматическими и цилиндрическими вставками твердого сплава.

Чтобы предотвратить заклинивание бурового става из-за обвалов стенок скважины или вывалов отдельных породных кусков, применяется специальный разбурник, устанавливаемый между пневмоударником и штангой. Разбуривание можно вести во время подъема става.

Резервом увеличения срока службы и снижения расхода бурового инструмента является:

       эксплуатация инструмента без чрезмерного затупления лезвий коронок;

       правильная заточка лезвий коронок;

       тщательный подбор коронок по их диаметру при замене.

Режим пневмоударного бурения характеризуется:

       энергией единичного удара;

       усилием подачи;

       числом ударов поршня-ударника в минуту;

       частотой вращения бурового става.

Частота ударов и частота вращения определяют угол поворота коронки между ударами.

На режим бурения существенно влияют:

       буримость породы;

       давление сжатого воздуха;

       полнота удаления продуктов разрушения из забоя скважины;

       степень затупления и угол заточки лезвия буровой коронки и ее форма.

Энергия удара зависит от массы поршня-ударника, длины его хода и давления сжатого воздуха:

       при небольшом давлении происходит истирание породы и буровой коронки;

       при увеличении давления буровая коронка эффективнее внедряется в породу, разрушение происходит за счет скола и скорость бурения при этом увеличивается (рис. 1.4).



Рисунок 1.4 - Зависимость скорости пневмоударного бурения V_b от давления воздуха P_v .

Энергия удара должна соответствовать буримости породы и ограничивается износостойкостью коронки.

Зависимость скорости бурения V_bот усилия подачи P_oимеет экстремальный характер (рис. 1.5), что объясняется условиями передачи энергии удара на забой. При постоянном давлении сжатого воздуха чрезмерное увеличение усилия подачи может привести к прекращению процесса бурения. Оптимальное значение Р_о составляет 0.2-0.3 кН на 1 см диаметра долота.



Рисунок 1.5 - Зависимость скорости пневмоударного бурения V_b от усилия подачи Р_о 
(выделена зона оптимальных значений усилия подачи)

Частота вращения бурового инструмента должна соответствовать необходимому числу ударов для преодоления сопротивления секторов породы между следами смежных ударов. Оптимальная частота вращения зависит от буримости породы, диаметра скважины и частоты ударов пневмопоршня и колеблется от 18 до 90 оборотов в минуту при частоте ударов от 1700 до 2200 в минуту. Частота вращения для крепких пород рекомендуется 25-50 об/мин, для слабых 70-90 об/мин.

Техническая скорость бурения (м/ч):

(1.6)

где    W - энергия удара, Дж;

N - число ударов коронки по забою в секунду;

К_b - коэффициент, учитывающий диапазон изменения П_б  (при П_б= 10-14 К_b= 1, при П_б= 15-17; К_b= 1.05, при П_б= 18-25 К_b= 1.1);

D - диаметр коронки, м;

К_f - коэффициент, учитывающий форму буровой коронки (при трехперых коронках К_f = 1, при крестовых К_f = 1.1).

Большое влияние на эффективность пневмоударного бурения оказывает стойкость буровых коронок. Скорость бурения снижается по мере затуплениялезвия буровой коронки, однако частая смена коронок приводит к повышенному расходу бурового инструмента и снижению общей производительности станка из-за увеличения удельного объема вспомогательных операций. Рациональный интервал бурения между сменами коронок составляет при П_б= 9-12 - 30-20 м скважины, П_б = 13-16 -15-10 м, П_б = 17-20 - 5-3 м.

Коронки до полного их износа 2-3 раза подвергаются перезаточке.