Вопрос 15

Совершенствование бурения взрывных скважин станками различных типов

В 2005 г. парк буровых станков СБШ - 250МН на карьере Мурунтау составляет 24 единицы. Отсутствие запчастей, сверхнормативная эксплуатация станков, приводит к значительным простоям, тенденция увеличения которых для карьера Мурунтау прослеживается в течение последних лет. По сравнению с 2000 годом в 2005 году простои увеличились на 11,9% и составили 4240 час. Большинство простоев вызвано отказами вращательно-подающего механизма (двигателя и редуктора), а также компрессорной установки. Отказы двигателя вращателя происходят в основном из - за его перегрузок при работе на форсированных режимах. Недостаточный отвод тепла, особенно в период высоких дневных температур воздуха, приводит к перегреву двигателя и выходу его из строя.

Следует отметить, что АО <Рудгормаш> ведет работы по усовершенствованию станка СБШ - 250МНА. Увеличена мощность двигателя вращателя постоянного тока до 90 квт, внесены конструктивные изменения в редуктор вращателя, буровой головки. Учитывая, что станок СБШ - 250МНА высокопроизводителен и надежен в эксплуатации, дальнейшая модернизация позволит поднять его до уровня станков зарубежных фирм.

Длительный опыт эксплуатации в карьере Мурунтау буровых станков типа СБШ позволил определить основные пути повышения эффективности их работы. Технические мероприятия по их совершенствованию были направлены на:

- повышение надежности станка, в частности: замену контактора включения электродвигателя компрессора и пускателей управления электродвигателей хода бурового станка на бесконтактные тиристорные схемы управления; устройство дополнительного освещения для обеспечения нормальной работы в ночное время; исключение из схемы электрооборудования электроцепей подогрева масла, не используемых в климатических условиях карьера; изменение конструкции обдува электродвигателя - вращателя и т.п.;

- повышение безопасности работ и скорости их выполнения путем оснащения станка дополнительными площадками обслуживания и ограждением рабочих зон;

- уменьшение времени выполнения основных и вспомогательных операций путем изменения конструкций и узлов бурового станка.

Первые два направления лишь косвенно оказывают влияние на производительность бурового станка, увеличивая надежность его работы, обеспечивая удобство обслуживания и необходимый уровень безопасности. Поэтому основные усилия были направлены на работы, связанные с интенсивностью выполнения вспомогательных операций и временем бурения скважины.

Высота отрабатываемых уступов в карьере Мурунтау составляет 10 и 15 м. Начата отработка 30 метровых уступов. Находящиеся в эксплуатации буровые станки СБШ - 250 МНА - 32 в силу своих конструктивных особенностей не обеспечивают бурение скважин глубиной более 8 м без наращивания штанг. В тоже время анализ опыта изготовления буровых машин ведущими фирмами показывает, что по требованию заказчика базовая модель может комплектоваться мачтами и буровыми штангами различной длины в зависимости от требуемой глубины бурения. Например, станки фирм "Ингерсолл-Рэнд", "Бюсайрус-Эри" и др. оснащаются мачтами и штангами, позволяющими бурить скважины глубиной до 20 м без наращивания бурового става. Бурильная машина Д400 фирмы "Дрилтех" (США) - общепризнанного лидера в производстве бурового оборудования, позволяет за один проход бурить скважины диаметром от 152 до 254 мм и глубиной 12,2; 15,2; 18,3; 19,8 м [7]. Эффект в данном случае достигается за счет сокращения времени на вспомогательные операции (наращивание и разборка бурового става, а также увеличение стойкости долота в результате непрерывной продувки каналов и опор шарошек и, как следствие, исключение их шламовывания при технологических остановках). При этом наибольший эффект достигается на легкобуримых породах, где удельный вес вспомогательного времени может достигать до 150 % от времени бурения.

С целью интенсификации процесса бурения на карьере Мурунтау осуществлена модернизация мачты серийного станка СБШ - 250 МНА - 32 для бурения скважин глубиной 12,5 м без наращивания штанг [5, 8, 9]. Станок, оснащенный модернизированной удлиненной мачтой, был введен в эксплуатацию в августе 1995 г. За истекший период станком на уступах 10 и 15 м в породах с категорией XI-XIY пробурено более 197 тыс. м скважин. Анализ показал, что применение модернизированных станков обеспечивает увеличение производительности и, как следствие, объема бурения в среднем на 20%. Прирост объемов бурения в основном достигается за счет сокращения времени на вспомогательные операции. Результаты хронометражных наблюдений при бурении скважин глубиной 16 м приведены в табл. 4.4.1. Техническая характеристика серийного и модернизированного станков приведена в табл. 4.4.2.

В карьере Мурунтау независимо от высоты рудного уступа, типа пород и других технологических факторов сетка скважин в рудной и рудно-породной зонах равна 5,6х5,6 м. Необходимость сохранения постоянной сети скважин обусловлена принятой в карьере технологией эксплуатационного опробования и оконтуривания рудных зон. В целях равномерного размещения ВВ в массиве, позволяющего снизить коэффициент разрыхления массива и перемешивания в нем руды и породы, было предложено частично перейти на бурение скважин долотами диаметром 215,9 мм. Испытания подтвердили целесообразность бурения рудных уступов долотами уменьшенного диаметра при снижении удельных затрат на буровзрывные работы в среднем на 0,045 $США/м3 по сравнению с зарядами диаметром 244,5 мм. В настоящее время на карьере Мурунтау переоборудованы и находятся в эксплуатации шесть станков СБШ - 250МН, осуществляющих бурение скважин долотами диаметром 215,9 мм с использованием буровых штанг диаметром 180 мм.

Таким образом, внедрение бурового станка СБШ-250МНУ с удлиненной мачтой на карьере Мурунтау позволило увеличить производительность бурения на 20 %. Переход на частичное бурение скважин долотами диаметром 215,9 мм позволил снизить потери и разубоживание руды и затраты на буровзрывные работы.

В последние годы зарубежные фирмы все большее внимание уделяют производству комбинированных станков, позволяющих осуществлять бурение, как шарошечным способом, так и ударно-вращательным с использованием пневмоударников.

При ударно-вращательном способе бурения разрушение породы производится за счет воздействия ударных нагрузок при невысоких осевых давлениях и частотах вращения, в связи с чем станки имеют значительно меньшую по сравнению с шарошечным массу.

Режимные параметры бурения, так же как и при шарошечном способе, оказывают существенное влияние на производительность станка. При этом следует заметить, что в отличие от шарошечного способа, где основным параметром, определяющим производительность бурения, является осевая нагрузка, при пневмоударном бурении большее влияние на производительность оказывают частота вращения, энергия удара и давление воздуха.

Исследованиями установлено, что при пневмоударном бурении наиболее рациональные скорости вращения долот для крепких пород составляют 0,42?0,83 с-1 и для слабых пород 1,17?1,5 с-1. Величина осевого давления на забой определяется усилием, развиваемым механизмом подачи станка. При недостаточном давлении инструмента на забой скважины часть энергии ударного импульса расходуется непроизводительно на перемещение долота к забою скважины (отскок долота). В результате чего имеет место низкая скорость бурения. При высоком давлении на забой возникают большие силы трения. Инструмент в процессе бурения быстро затупляется, что приводит к снижению скорости. Многочисленными исследованиями установлено, что при бурении крепких абразивных пород осевое давление следует определять из расчета 1,5-2,5 кгс/мм диаметра долота, для абразивных пород средней крепости - 3,0-4,0 кгс/мм, а для слабоабразивных пород и крепких неабразивных пород - 6,0-10,0 кгс/мм[10, 11].

Одним из основных критериев повышения производительности при пневмоударном бурении является давление сжатого воздуха в системе подачи. С увеличением давления скорость бурения значительно возрастает. Этим объясняется использование в станках зарубежных фирм компрессоров высокого давления (до 2,0 МПа и выше), что позволяет увеличить скорость бурения практически в два-три раза.

На карьерах со значительными линейными размерами и объемами горных работ частые переезды станка, которые в отдельных случаях составляют до 30-40 % рабочего времени, обуславливают необходимость обеспечения высокой скорости передвижения, составляющей для станков данного класса 2,5-3,0 км/ч. Поэтому буровые станки должны иметь независимый индивидуальный привод, обладать высокой мобильностью, скоростью передвижения и обеспечивать высокую производительность. Основное оборудование, в т.ч. компрессор, должно быть размещено на одной платформе. Этим требованиям удовлетворяет станок ударно-вращательного бурения ROC-860HC фирмы Атлас Копко (рис. 4.4.1), техническая характеристика которого (в сравнении со станком СБУ-125) представлена в табл. 4.4.3.

Рабочее оборудование станка, включая компрессор, смонтировано на одной платформе. Наличие гусеничного хода и небольшие габариты станка обеспечивают ему достаточную для стесненных условий маневренность. Оснащенность станка дизельным приводом дает возможность эксплуатировать его на небольших рабочих площадках и в условиях, где отсутствует система электроснабжения. Возможность бурения скважин под различным углом (0-550 к вертикали) расширяет область применения станка и позволяет его использовать для бурения скважин различного назначения. Станок оборудован комфортной кабиной оператора и устройством автоматического регулирования режимами бурения. Надежная в эксплуатации система пылеулавливания и герметичная кабина обеспечивает при бурении допустимые санитарно-гигиенические нормы и качественный отбор проб. Высокая степень механизации основных и вспомогательных операций позволяет осуществлять бурение одним машинистом. В зависимости от диаметра скважин установка комплектуется буровыми штангами диаметром 76, 89, 102 мм и длиной 5 м. В сепараторе могут размещаться от 8 до 5 штанг. Станок может быть оснащен пневмоударниками СОР-44 для бурения скважин диаметром 105-125 мм, либо СОР-54 для бурения скважин диаметром 130-152 мм.

Результаты эксплуатации станков ROC-860НС подтвердили их эффективность при бурении скважин диаметром 152 мм на рудных 5-ти метровых уступах [12, 13]. Так, среднемесячная производительность станков ROC-860НС в 2001 году составила 5600 п.м., что на 20 % выше по сравнению со станками СБУ-125 (4650п.м.). Производительность станка СБШ-250МН составила 4800 п.м. в месяц. Себестоимость бурения станком ROC-860HC составила 5,3 $США/п.м., что меньше на 10,2% себестоимости бурения станком СБУ-125 (5,9 $США/п.м.) и на 14,5 % (6,2 $США/п.м) бурения станком СБШ-250МН. По результатам хронометражных наблюдений установлена зависимость механической скорости бурения от категории по буримости (рис. 4.4.2.). Из графика видно, что скорость бурения станками ROC-860НС в 3 - 4 раза выше скорости бурения станками СБУ - 125 и в два раза - СБШ-250МН.

Учитывая положительный опыт применения станков типа ROC на карьерах Кокпатас, было принято решение о проведении их испытаний в карьерах Мурунтау и Ташкура. Испытание станка ROC - 860HC проводилось при бурении скважин щелевого экранирования. При этом было установлено, что из-за изобилия тектонических нарушений, разломов и трещин, к которым станок не приспособлен, бурение скважин станком ROC - 860HC оказалось неэффективным. Это объясняется тем, что диаметры коронки, пневмоударника и буровой штанги испытуемого станка были различны (152 мм, 102 мм и 89 мм), поэтому не происходило <затирания> скважины и она получалась не цилиндрической, а бесформенно угловатой, с вывалами, острыми углами и выступами. Это способствовало обрушению стенок скважины. Так как пневмоударник станка <срабатывает> при открывании золотника от давления коронки на забой, то при наличии крупной фракции бурового шлама в скважине и в прослоях слабых пород, происходило только частичное его <срабатывание>. Бурение велось преимущественно в режиме вращения. При этом, а также на участках встречающихся структурных нарушений, где воздух от компрессора расходился по трещинам, крупные частицы не выдувались из скважины и, накапливались в зазоре между пневмоударником и коронкой, происходило заклинивание снаряда в скважине. Ввиду малой толщины стенок буровой штанги (6?7 мм) и большого затрубного пространства (32?35 мм) при бурении наклонных скважин буровой став, начиная с глубины 18-20 м, искривлялся. Происходил уход скважины с проектного направления. Проходка буровых коронок ввиду высокой абразивности пород низка - до 75 м. За счет истирания тела по диаметру (зубья не повреждены) и износа окон для выноса шлама из скважины коронки восстановлению не подлежат. При установке станка на наклонное бурение мягкий <гриб>, предназначенный для предотвращения пылевыделения в атмосферу и разлета шлама из устья скважины, не прижимается к забою и не выполняет своей функции.

Исследования работы станка ROC - 860НС на карьере Мурунтау позволили рекомендовать фирме <Атлас-Копко> при выпуске модернизированного бурового станка ROC увеличить диаметр бурения до 180 мм; на пневмоударнике в месте скопления бурового шлама у коронки создать дополнительную продувку; увеличить толщину стенок буровых штанг; уменьшить затрубное пространство в скважине за счет снижения разности в диаметрах коронки и буровой штанги; предусмотреть орошение технической водой забоя скважины; изменить узел крепления мягкого <гриба> с целью предотвращения пылевыделения в атмосферу при установке станка на наклонное бурение; оборудовать станок противопожарной системой.

Ввод в эксплуатацию буровых станков типа ROC потребовал увеличения поставки запасных частей и инструмента. Монопольное право, которой имеет фирма-производитель, (в данном случае "Атлас-Копко"), что ставит предприятие в определенную зависимость. Поэтому необходимо проведение дальнейших исследований по оценке работоспособности станков типа ROC, определению стойкости бурового инструмента и штанг при бурении пород различной крепости и причин выхода их из строя. Результаты исследований должны явиться основой для организации производства по изготовлению более дешевых буровых коронок и штанг для станков типа ROC собственных ремонтных заводах. Это уменьшит зависимость предприятия от фирмы-поставщика станков и позволит снизить себестоимость бурения.

Дата добавления: 2015-07-08