OffLine версия Рекламодателям О нас
товаров 10871    фирм 1613   статей 768

блокнот 0
№30
 
Карьерные буровые станки
Главная     Лента     Авторы     Источники     Архив   
Товары в каталоге


бур   бурение колодцев   бурение скважин   буровая установка   буровое оборудование  

Также по теме:

Очистные механизированные комплексы
Несмотря на бурное развитие технического прогресса, подземный способ добычи угля и сегодня остается чрезвычайно сложным и трудоемким. В настоящее время...

Комплексное техническое переоснащение шахт
Постоянное совершенствование техники (прежде всего, в части безопасности и надежности) и технологии добычи угля – необходимое условие успешного развития...

Состояние и перспективы развития проходческих комбайнов для горных выработок
Концентрация горного производства на перспективных шахтах угольной отрасли за счет технического переоснащения очистных комплексов требует значительных...



КАРЬЕРНЫЕ БУРОВЫЕ СТАНКИ

буровой инструмент

Будучи главным поставщиком сырьевых ресурсов, горно-добывающая промышленность является базовой отраслью народного хозяйства, фундаментом для развития основных отраслей экономики страны. При разработке большинства видов твердых полезных ископаемых преобладающее развитие получил открытый способ, одним из главных технологических процессов которого является бурение взрывных скважин.

Процесс бурения скважин состоит из непосредственного разрушения породы и выноса продуктов разрушения из скважины. Эффективность разрушения в значительной мере зависит от конструкции долота, а очистка скважины – от работоспособности системы транспортирования буровой мелочи. При бурении массивов сложноструктурного строения возникают физико механические проблемы как с разрушением на забое неоднородных по крепости пород буровым долотом, так и с выдачей продуктов разрушения.

В ближайшее десятилетие в России ожидаемые годовые объемы бурения на открытых горных, земляных и строительных работах превысят 60 млн м скважин. Освоение таких объемов при существующем в значительной степени устаревшем парке оборудования потребует более 1500 единиц списочного состава буровых станков и расходования в год 160–200 тыс. буровых долот. Ежегодные эксплуатационные затраты на бурение взрывных скважин могут достигнуть 6 млрд рублей (причем примерно 60–65 % из них составят затраты на буровой инструмент) [1].

Столь большие расходы на буровой инструмент объясняются преимущественным применением на карьерах ресурсоемких и сложных шарошечных долот (свыше 80 % от всех объемов), прежде всего, увеличенного (244,5–320 мм) диаметра, стоимость которых непрерывно повышается.


Станки вращательного бурения

Как было отмечено выше, преимущественное распространение на открытых горных работах в России получили станки вращательного бурения шарошечными долотами, которыми бурят около 80 % всех взрывных скважин на карьерах.

За последние годы производительность буровых станков стабилизировалась, а условия горного производства резко усложнились

За последние годы производительность буровых станков стабилизировалась, а условия горного производства резко усложнились. Происходит непрерывное увеличение затрат на бурение, которые в крепких породах достигают 30–35 % от общих затрат на производство горных работ.

Современный уровень техники и технологии бурения взрывных скважин на карьерах сформировался во второй половине ХХ в. Интенсивная работа как по развитию новых, так и по адаптации уже известных способов бурения к условиям открытой разработки проводилась до середины 1960 х гг. Ее результаты на многие годы определили преобладающее применение шарошечного бурения. Началось наращивание производства тяжелых станков вращательного бурения и формирование новой структуры бурового парка во всех горно-добывающих отраслях. (Так, например, кардинально изменилась структура парка буровых станков на угольных разрезах Кузбасса, где до середины 1980 х гг. использовались станки вращательного бурения со шнековой очисткой скважин). Относительно быстрый переход к шарошечному бурению в горно-добывающей отрасли стал возможным в том числе и благодаря накопленному опыту работы в нефтегазовой промышленности, геологоразведке и наличию технологических линий по производству шарошечных долот, что послужило основанием принятия типоразмерного ряда долот и буровых штанг.

Тяжелые станки вращательного бурения, оснащенные шарошечными долотами, обеспечивали производительность труда в 2–5 раз выше станков ударно-канатного бурения. При этом появилась возможность механизировать вспомогательные операции, и тем самым улучшить условия труда бурильщиков. К концу 1960 х гг. были созданы и отработаны основные базовые модели станков 2СБШ-200, СБШ-250 и БАШ-250.

Технические характеристики карьерных буровых станков, изготавливаемых отечественными заводами, приведены в табл. 1.


Таблица 1.
Технические характеристики станков вращательного бурения отечественного производства.

Модель
Параметры
3СБШ-200/250-60 6СБШ-
200-32;
5СБШ-
200-36
СБШ-
250МНА-32
(СБШ-250МН)
СБШ-270ИЗ СБШ-
160-48
Скважина:
диаметр, мм
 
215,8; 244,5
 
215,8; 244,5
 
244,5; 269,9
 
244,5; 269,9
 
160
глубина, м до 60 до 40 до 32 (48) 32-55 48
Угол бурения к вертикали, градус 0–30, через 5 0; 15; 30 0; 15; 30 0; 15; 30 0; 15; 30
Длина штанги, мм 12070 8060 8200 (12000) 11000 8000
Ход непрерывной подачи, м 1 1 8 12 8000
Усилие подачи, кН, не более 300 300 300 450 167
Скорость подачи на забой, м/с 0,033 0,033 0,017 0,1 до 0,05
Частота вращения долота, с-1 до 2,5 до 2,5 0,25–2,5 0–2 0–2
Крутящий момент, кН·м 6–4,42 6–4,42 4,42 8–13 5,86
Подача компрессора, м3 0,53 0,42 0,417 (0,53) 0,63 0,42
Мощность электродвигателей, кВт:
установленная
вращателя
компрессора
хода
 
386
68
250
44
 
377
68
200
44
 
400
60
200
2x22
 
1000
105
300
2x65
 
420

200
Габариты в рабочем положении, мм:
длина
ширина
высота
 
12100
5400
17320
 
10250
4880
13830
 
9200
5450
15350
 
12780
6090
19450
 
11500
5450
1300
Тип хода Э-1602 УГ-60 УГ-60 ЭКГ ЭГ-400
Масса станка, т 62 54 77 136 45


За рубежом буровые станки вращательного бурения выпускаются фирмами Atlas Copco, Ingersoll-Rand, Bucyrus-Erie, Tamrock-Driltech, Harnischfeger P&H и другими. Ими созданы станки вращательного бурения, позволяющие использовать не только шарошечные, но и режущие долота, а также пневмоударники.

В современных моделях наблюдается устойчивая тенденция гидрофикации основных приводов, что обеспечивает станку меньшую массу, возможность широкого регулирования характеристик, удобство в управлении и сравнительно несложное обслуживание, тогда как электрические приводы постоянного тока, применяющиеся на отечественных станках, достаточно тяжелы и громоздки, требуют сложных и дорогих в эксплуатации систем управления [1].

Технические характеристики станков зарубежных производителей приведены в таблицах 2, 3, 4 и 5 [1].


Таблица 2.
Техническая характеристика станков вращательного бурения скважин фирмы Atlas Copco.

Модель
Параметры
DM-30* DM-45/50 DML* DM-M2 DM-M3 PV271 PV351
Диаметры бурения, мм 130–171 127–171 152–270 251–270 251–311 200–270 270–410
Глубина бурения, м:
одной штангой
максимальная
 
9,1
15,2
 
9,1
55/45
 
9,1; 10,7
55
 
10,7
53,3
 
12,2
48,8
 
6,8; 12,21
60
 
19,8
55
Наклонное бурение, градус 0–20 0–30 0–30 0–30 0–30
Осевое усилие, кН 136 227 272 340 409 340 522
Мощность вращателя, кВт 113 108 120 130 160 145 160
Частота вращения, мин–1 0–100 0–160
0–100
0–160
0–100
0–150 0–200 0–170 0–170
Крутящий момент на долоте, кН·м 7,3 7,3;
12,2
7,35;
12,2
11,8 13,8 6,44;
12
25,7;
14,2
Скорость подачи / подъема, м/мин 0–30/
0–85
0–44/
0–62
0–44/
0–62
0–25/
0–30
0–44/
0–30
0–39/
0–48
0–21/
0–47
Тип привода Д Д Д Д/Э Д/Э Д Д/Э
Мощность дизеля, л.с. 425; 525 425; 600 525; 760 760 850; 950 760 1000–1500
Компрессор
Подача, м3/мин /давление, Мпа
То же с ударником
 
25,5/0,76
25,5/2,4
 
25,5; 34/0,76
30/2,4
 
34; 53,8/0,76
34/2,4
 
54; 73/0,76
 
54/0,76
 
54/0,76
 
85–108/0,76
Скорость хода, км/ч 0–4,0 0–3,2 0–2,7 0–1,9 0–1,8 0–1,8 0–1,8
Ходовая часть САТ-D4 САТ 320L САТ 320S САТ 320E САТ 350 САТ 345L САТ 375L
Рабочая масса, т 23,7 28,2 49 60,7 104,4 80 169
* Модели могут оснащаться оборудованием для бурения, погружным пневмоударником.


Таблица 3.
Техническая характеристика буровых станков для вращательного бурения скважин фирмы Bucyrus International.

Модель
Параметры
35R* 39R 49RIII 59R 60/61R
Диапазон диаметров бурения, мм до 270 до 311 до 406 до 444 до 381
Глубина бурения, м:
одной штангой
максимальная
 
7,6
36,4
 
16,8
82,2
 
21,3
85,2
 
18,3
79,2
 
19,8
45,7
Осевое усилие, кН 340 55 640 748 до 590
Мощность вращателя, кВт 59 73,2–82 153 153 91–182
Частота вращения, мин–1 0–130 0–160 0–125 0–120 0–125
Крутящий момент на долоте, кН·м 9,5 16,8 16,8 20,7 15,6
Скорость подъема става, м/с 1,14 0,64 0,46 0,51 0,55
Главный привод Д Э Э Э Э
Мощность главного привода, кВт 298 350 600 до 750 до 840
Компрессор
Подача, м3/мин/ давление, МПа
38,2/0,223 85,4/0,48 85,4/0,48 103,2//0,48 85,4/0,48
Скорость хода, км/ч 3,2 3,2 1,1–1,8 0,9–1,5 1,7
Масса станка, т 54,4 122,5 154,2 183,7 155
*Модель имеет исполнение для работы с погружным пневмоударником.


Таблица 4.
Техническая характеристика буровых станков вращательного бурения фирмы Driltech концерна Tamrock.

Модель
Параметры
D25KS D40KS D45KS D50KS D400
SP
D60
KS*
D75KS D90KS
Диаметр бурения, мм 130–203 152–203 152–229 152–229 152–254 229–279 229–279 229–311
Глубина бурения, м:
одной штангой
максимальная
 
8,67; 9,38
64
 
8,67; 9,4; 11,2
53,4
 
8,67; 9,4; 11,2
53,4
 
7,6; 8,7
64
 
12,2; 15,2; 18,3
19,8
 
10,2; 11,2
53,3
 
10,2; 11,2
53,3
 
11,8; 12,7; 19,8
85
Осевое усилие, кН 126 182 204 227 182 272 343 499
Мощность вращателя, кВт 82 82 134,3 134,3 109 142 142 171,6
Крутящий момент на долоте, кН·м 8,2 6,8 9,8 9,8 6,8 14,1 14,1 16,9
Скорость подъема бурового става, м/с 1,1 0,7 0,83 0,83 0,61 0,63 0,63 0,6
Мощность главного привода, кВт 320 320,8
377
320,8
377
320,8
377
320,8
470
410
470
477 477
709
Подача компрессора, м3/мин 19,8 21–28,3 26–37 26–45 26–45 37–45 37–57 45–73,6
Скорость хода, км/ч 2,9 2,9 3,2 3,5 2 2,4 2,4 1,27
Масса станка, т 28,2 47 47,8 43,6 52 59 63,6 120,3
*Модель имеет также исполнение для ударно-вращательного бурения.


Таблица 5.
Техническая характеристика буровых станков вращательного бурения фирмы «P&Р» (США)

Модель
Параметры
P&Р 250ХР P&Р 100ХР P&Р 120А
Диаметр бурения. мм 273–349 до 349 251–559
Глубина бурения, м:
одной штангой
максимальная
 
12
73
 
19,8
59,4
 
15,2; 16,8; 19,8
39,6
Наклонное бурение, градус 0–20 (30) 0–20
Осевое усилие максимальное, кН 476 495 680
Мощность вращателя, кВт 200 208 120/200
Скорость вращения, мин–1 0–200 0–125 119 (138)
Крутящий момент, кН·м до 16,2 до 16,2 до 17,2
Скорость подъема, м/с 0–38 0–38 0–24,4
Тип главного привода Д Э Э
Мощность главного привода, кВт 735 522 1000
Подача компрессора, м3/мин 71–83 до 85 85–102
Давление, МПа 0,448 0,551 0,387
Скорость хода, км/ч 3,05 1,3 1,6
Габаритные размеры, м:
общая ширина
длина, мачта опущена / поднята
высота, мачта опущена/поднята
 
7
20,5 /14,3
20,1 / 7,8
 
7
25,7 / 13,5
30,3 / 9,9
 
6,7
28,8 / 13,4
28,3 / 6,1
Рабочая масса станка, т 113,6 129,2 165,5


Станки 3СБШ-200-60 и 6СБШ-200-32 являются модификациями выпускавшихся ранее станков СБШ-200-32 и СБШ-200-40 и имеют также патронную схему ВПМ, тиристорный привод механизма вращения бурового става и хода, мачту с открытой передней панелью, кабельный барабан и штангу увеличенной (до 12 м против 8 м) длины.

К основным конструктивным особенностям станка СБШ-250МНА-32 относятся: верхний привод вращения бурового става, воздушно-водяная система пылеподавления, механизация операций по сборке и разборке бурового става.

Станок СБШ-270ИЗ, выпускаемый ОАО «Объединенные машиностроительные заводы» (Группа «Уралмаш-Ижора»), имеет привод основных механизмов (вращения, подачи бурового става и хода) от электродвигателей постоянного тока с питанием от тиристорных преобразователей, выполненную из труб мачту и винтовой компрессор с подачей 40 м3/мин.

Наиболее прогрессивные конструктивные решения характерны для станков фирмы Atlas Copco. К ним относится гидрофикация приводов всех систем станка на основе использования единого первичного двигателя – дизеля, приводящего в действие компрессор и насосную станцию. Последняя питает главные приводы станка.

Дизельные станки мобильны, маневренны и не требуют подключения к карьерной электрической сети. Гидравлика позволяет механизировать все основные операции процесса бурения.

На Оленегорском ГОКе используют буровой станок шарошечный 6СБШ-200-32.

На Оленегорском ГОКе при бурении вертикальных и наклонных скважин, для буровзрывных работ при разработке полезных ископаемых используют буровой станок шарошечный 6СБШ-200-32.

Выпускаемые в настоящее время серийно ОАО «Бузулукский завод тяжелого машиностроения» и ОАО «Рудгормаш» тяжелые станки вращательного бурения 3СБШ-200-60, 6СБШ-200-32, 3СБШ-200/250-55, СБШ-250-МНА-32, СБШ-190/250-60 и СБШ-160/200-40 пока не выдерживают конкуренции с зарубежной техникой.

Главное, в чем они проигрывают лучшим зарубежным станкам, – низкая надежность. Впрочем, если сравнивать другие параметры – производительность, экономичность, условия работы и обслуживание, – то и здесь превосходство импортных машин тоже налицо.

Таким образом, одной из главных причин невысоких технико-экономических показателей буровых работ на карьерах является низкий технический уровень применяемого бурового оборудования. Техническая политика при создании новых машин долгое время была ориентирована лишь на дальнейшую модернизацию уже имеющихся конструкций без существенных качественных изменений.

Отечественные заводы постоянно разрабатывают и выпускают опытные образцы новых машин, но пока многим из этих образцов так и не удалось превратиться в востребованную машину, наверное, и потому, что они были всего лишь несколько улучшенным вариантом серийных машин, выпускавшихся многие годы ранее.

В итоге существующий в настоящее время парк буровых станков морально и физически устарел. Существует острая необходимость в быстром обновлении вырабатывающего свой остаточный ресурс станочного парка, причем подходы к решению вопросов проектирования новой буровой техники должны быть коренным образом изменены.

Следует идти не по пути копирования зарубежных моделей, а осваивать принципиально новые направления, и ориентируясь в качестве породоразрушающего инструмента не только на имеющие ряд серьезных и трудноустранимых недостатков (чрезмерно высокая стоимость, высокое пылеобразование, по существу неремонтируемость) шарошечные долота.

Преобладающее применение шарошечного бурения привело к существенному снижению возможности управления параметрами буровзрывных работ. Так, например, применение скважин диаметром более 200 мм в крепких породах не приводит к снижению удельных затрат при добыче горной массы. По породам с повышенной сопротивляемостью взрыву более эффективные показатели достигаются при скважинах диаметром 150–190 мм. Применение же в этих условиях скважин диаметром 215–250 мм приводит к увеличению расхода ВВ на 20–40 % [4]. Серийный выпуск мобильных станков для бурения скважин диаметром 150–190 мм в крепких породах погружными пневмоударниками отечественной промышленностью не освоен.

За последние годы производительность станков стабилизировалась, а условия горного производства резко усложнились. Поэтому происходит непрерывное увеличение затрат на бурение, которые в крепких породах достигают 30–35 % от общих затрат на производство горных работ.

Titon эффективный и надежный буровой станок

Titon 400– эффективный и надежный буровой станок (фирма Sandvik Mining and Construction) для различных видов применения при бурении скважин диаметром от 89 до 127 мм с помощью погружных пневмоударников.

Помимо удорожания сложных шарошечных долот и станков к снижению экономичности бурения привела совокупность таких факторов, как рост тарифов на электроэнергию, нестабильность качества долот; недостаточное внимание уделяется правильному выбору типов и режимов эксплуатации буровых долот.

Высокие затраты на электроэнергию во многом обусловлены несовершенством систем пневматической очистки скважин, в которых за всю историю применения станков СБШ принципиальных изменений не произошло. С проблемой оптимизации систем очистки скважин связано также отсутствие отработанной технологии бурения скважин в аномальных гидрогеологических условиях (закарстованные и глинистые зоны), которые характерны для отдельных участков карьеров. Положение усугубляется тенденцией к не всегда оправданному приобретению весьма дорогих зарубежных долот, а также ростом масштабов применения долот увеличенного диаметра (250–270 мм против 160–216 мм), стоимость и энергоемкость которых в 1,5–2 раза выше.

Карьерные станки вращательного бурения как легкого (СБР), так и тяжелого (СБШ) типов должны быть универсальными и в зависимости от горно-геологических условий иметь возможность оснащаться режущим, комбинированным (РШД) или шарошечным долотом.

При этом конструкция станка должна обеспечивать возможность регулирования в широких пределах параметров режима бурения (осевого усилия, частоты вращения и крутящего момента на долоте), а при очистке скважин – регулирования количества сжатого воздуха, подаваемого в скважину. Тогда, например, с учетом специфики горно-геологических условий угольных месторождений, для бурения скважин диаметром 125–270 мм достаточно иметь два типоразмера универсальных станков вращательного бурения: станок легкого типа, у которого основным видом породоразрушающего инструмента должны быть режущие долота, и тяжелого типа, оснащаемого шарошечными, режущими и комбинированными долотами.

Станки должны быть адаптированы к специфическим условиям карьеров, сокращена их номенклатура и численность, повышен технический уровень.

Так, например, угольные месторождения характеризуются сложными горно-геологическими условиями залегания и структурой покрывающих массивов. Многолетними исследованиями и опытом эксплуатации доказано, что в сложноструктурных массивах традиционные способы бурения неэффективны, а перспективным направлением развития технологии вращательного бурения, учитывающим специфические условия месторождений, является создание комбинированных станков с вариантностью видов бурового инструмента и способов очистки.

Исследования по шнекопневматической очистке скважин от буровой мелочи показали, что ее использование повышает технический уровень станков вращательного бурения и является основой создания универсальных станков.

Расчеты показывают, что перевод станков вращательного бурения на шнекопневматическую очистку повышает их общий технический уровень на 10–15 %. Проектирование станков должно выполняться на основе оптимизационной логико математической модели [3].

При разработке полезных ископаемых компания Рудгормаш предлагает самоходные буровые станки

При разработке полезных ископаемых открытым способом компания «Рудгормаш» (Россия) предлагает самоходные буровые станки шарошечного бурения типа СБШ на гусеничном ходу.

Основой оптимального проектирования является системный подход, который заключается в том, что параметры станка должны соотноситься оптимальным образом. В качестве критерия оптимизации целесообразно использовать обобщенные оценки технического уровня [3].

При этом при проектировании новых моделей станков необходимо использовать, в случае необходимости, возможность приобретения высококачественных покупных изделий.

Коренным образом должна быть изменена система обслуживания и ремонта буровой техники. Целесообразно создание системы сервисного обслуживания станков в течение всего срока эксплуатации, предусматривающей быстрое и эффективное снабжение как запасными частями, так и расходными материалами, возможность агрегатного ремонта машин без длительных их простоев.


Буровой инструмент для станков вращательного бурения

Шарошечные долота

Как было отмечено выше, основным видом породоразрушающего бурового инструмента карьерных буровых станков в настоящее время являются шарошечные долота. Срок службы шарошечных долот практически определяется стойкостью опор.

Заклинивание опоры шарошки вызывает прекращение ее вращения, следствием чего является износ зубьев ее вооружения. При этом нарушается нормальная работа остальных шарошек долота, т. к. значительная часть крутящего момента и осевого усилия, приложенных к долоту, воспринимается невращающейся шарошкой.

Долота, вышедшие из строя из-за износа вооружения шарошек, имеют колебания по величине проходки на долото от двух до пяти раз. Когда долота заменяют вследствие износа элементов опоры шарошек, колебания их по стойкости достигают 10 раз и более [4].

Буровой инструмент

Шарошечные долота состоят из сваренных между собой секций, на цапфах лап которых вращаются смонтированные шарошки и являются, таким образом, неразборными конструкциями, вследствие чего при выходе из строя одной шарошки или ее опоры бракуется все долото.

В этой связи весьма актуально создание долот со съемными шарошками, что позволило бы, заменяя вышедшую из строя шарошку, значительно (в 1,5–2 раза) продлить срок службы дорогостоящего долота. При этом отработку конструкций долот со съемными шарошечными лапами целесообразно осуществить и на комбинированных режуще-шарошечных долотах.

Основные причины выхода из строя опор – проникновение породной мелочи через зазор между шарошкой и лапой в полость подшипников и недостаточно надежная смазка [4].

Существенное влияние на стойкость опор долота оказывает их охлаждение, которое осуществляется сжатым воздухом, поступающим в опоры через каналы в лапах.

Решение проблемы заключается в коренном изменении конструкции опор. При этом первостепенное значение имеет их герметизация и надежная смазка. Эта проблема может быть решена при использовании в опорах долот вместо тел качения, подверженных перекосам и заклиниванию, подшипников скольжения в виде втулок из антифрикционного материала (при этом следует гарантировать их надлежащую смазку и герметизацию, что может быть обеспечено при маслонаполненной опоре и минимальном зазоре между поверхностями лапы и шарошки).

Принципиально возможно создание разборных, а следовательно, и ремонтируемых шарошечных долот. Такие долота разработаны, изготовлены и испытаны в Красноярском ГУЦМиЗ [5].

Режущие долота

Как показывают проведенные исследования и опыт эксплуатации, шарошечные долота могут быть заменены другими видами породоразрушающего инструмента в области как слабых, так и крепких пород.

Вскрышные породы с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова с крепостью до 6, например, на разрезах составляют до 60 % и выше. Наличие некрепких пород позволяет применять для бурения скважин режущий инструмент – наиболее дешевый и дающий возможность увеличить производительность буровых станков. Поэтому при совершенствовании бурового оборудования для угольных разрезов первостепенное значение приобретает разработка новых конструкций режущих долот, которые могут заменить дорогостоящие и недостаточно надежные серийные шарошечные долота.

Кафедрой горных машин и комплексов ИрГТУ в течение 40 лет проводится комплекс научно-исследовательских работ по повышению эффективности бурения взрывных скважин на карьерах, в результате которых доказана, в частности, целесообразность применения режущих долот для бурения пород крепостью f до 7 по М. М. Протодьяконову и сформированы основные требования к конструкции режущего бурового инструмента [7].

В результате испытаний, проведенных на угольных разрезах, установлено, что подобные долота при бурении по породам с f?6 обеспечивают скорости бурения в 1,3–1,5 раза большие, чем серийные шарошечные долота.

Режущие долота нашли применение на предприятиях «Востсибуголь», «Якутзолото», «Северовостокзолото» [7]. Они оснащаются серийно изготавливаемыми отечественной промышленностью породными резцами.

На кафедре горных машин и комплексов ИрГТУ организовано изготовление мелких партий режущих буровых долот для тяжелых (СБШ) станков вращательного бурения по заказам предприятий, которые успешно используют их вместо серийных шарошечных долот.

Значительная работа по созданию новых видов породоразрушающего инструмента для станков вращательного бурения проделана кафедрой горных машин и комплексов Красноярского государственного университета цветных металлов и золота [5]. Кафедрой предложено режуще-вращательное долото ДЗДШ-244,5.

При промышленных испытаниях долот ДЗДШ-244,5 на Черногорском угольном разрезе по породам с f=4 – 8 установлено, что скорость бурения этими долотами составила 1,2 м/мин, что на 20–30 % выше скорости бурения серийными шарошечными долотами.


Режуще-вращательное долото ДЗДШ-244,5

Режуще-вращательное долото ДЗДШ-244,5.

Затраты на бурение 1 м скважины соответственно составили при бурении режуще-вращательными долотами 24,5 руб./м и 55,1 руб./м при бурении шарошечными долотами [5].

Конструкции режущих буровых долот, предложенных и разработанных КузГТУ, ИрГТУ и ГУЦМиЗ, хорошо себя зарекомендовали, но их серийное изготовление до сих пор не освоено. Заводы-изготовители бурового инструмента не желают этим заниматься.

Комбинированные режуще-шарошечные долота

Отдельными учеными и целыми организациями предпринимались неоднократные попытки создать комбинированные режуще-шарошечные долота, сочетающие в себе преимущества режущих и шарошечных.

Одна из первых конструкций подобного долота была разработана на кафедре горных машин и комплексов КузГТУ. В литом корпусе, выполненном заодно с присоединительным хвостовиком, были выполнены конические отверстия, в которых устанавливались конические хвостовики лап шарошек.

Буровая установка для взрывных скважин Atlas Copco DM45

Буровая установка для взрывных скважин Atlas Copco DM45. В стандартной комплектации DM45 в качестве привода компрессора и гидравлической системы используется дизельный двигатель.

Резцы устанавливались в специальной державке, которая шплинтом фиксировалась в корпусе. Фиксация конусных хвостовиков в корпусе предусматривалась за счет сил трения, что, однако, не оправдалось при испытаниях: под действием вибраций шарошки выпадали из корпуса. Кроме того, изготовление конических хвостовиков и отверстий с достаточной степенью точности было трудно осуществимой операцией, требовавшей специального оборудования и мерительного инструмента.

Поэтому в дальнейшем были изготовлены съемные лапы шарошек с гладкими цилиндрическими хвостовиками. Но подобная конструкция лап также не позволила их надежно фиксировать в отверстиях корпуса от разворота и выпадания, поэтому следующим этапом явилось использование резьбового соединения хвостовиков лап с корпусом долота.

На цилиндрическом хвостовике лапы шарошки и в отверстии корпуса долота нарезалась резьба, а затем лапа, ввернутая в это отверстие, фиксировалась от разворота стопорным валиком через сквозное поперечное отверстие.

Как при установке, так и при замене шарошки отверстие в хвостовике для стопорного валика сверлилось совместно с корпусом. Резьбовое соединение лап с корпусом оказалось достаточно надежным. Вооружение шарошек может быть оснащено твердосплавными зубками различной формы или фрезерованными стальными зубьями, армированными релитом. От перемещения в осевом направлении шарошки удерживаются, как обычно, замковыми шариковыми подшипниками. Для очистки забоя от выбуренной породы долота снабжают продувочными устройствами в корпусе, а для смазки опор – каналами в корпусе долота и лапе съемной шарошки.

Режущие элементы (резцы), расположенные в центральной части долота, выбуривают опережающую скважину. Наличие опережающего забоя создает дополнительную обнаженную поверхность, вследствие чего снижаются показатели прочности горной породы. Это повышает эффективность работы шарошек, разрушающих периферийную часть забоя, а размещенные в центре забоя резцы подвергаются минимальному износу.

В долоте, выполненном по этой схеме, возможно расположение резцов на минимальном расстоянии от оси вращения, что не только уменьшает их износ, но и облегчает вписывание в прорезаемые ими канавки.

Для оснащения долот используются шарошки от стандартных трехшарошечных долот.

Долото РШД-215,9, разработанное кафедрой горных машин и рудничного транспорта ИрГТУ, имеет съемный режущий орган в виде пластины с двумя режущими кромками, армированными твердым сплавом. Форма режущей кромки соответствует профилю шарошек, лапы которых приварены к корпусу долота. Режущий орган опирается на спиральную пружину и может перемещаться в пазах корпуса. От выпадания он удерживается замковыми пальцами. Для направления воздушной струи к забою предусмотрены наклонные пазы. В долоте использованы лапы в сборе от шарошечного долота 1В-К214СТ.

Буровая установка

С участием СКБ самоходного горного оборудования ИрГТУ была произведена доработка конструкции РШД и определена потребность в таких долотах. Доработанному долоту присвоен шифр РШД-244,5ТЗ. Партия долот доработанной конструкции была изготовлена на Поваровском опытном заводе, но, несмотря на положительные результаты испытаний, серийное изготовление РШД освоено не было.

Результаты испытаний и дальнейшие исследования показали, что с точки зрения повышения эффективности разрушения породы РШД целесообразно размещать съемные резцы режущего органа на двух независимых державках, хвостовики которых опираются на упругие элементы. В качестве такого элемента наиболее рационально использовать резиновый амортизатор в виде цилиндра с центральным отверстием, помещенный в металлический стакан. При сжатии такой элемент приобретает бочкообразную форму, и с момента касания его боковой поверхности и стенок стакана жесткость сжимаемого элемента резко возрастает, и он ограничивает дальнейшее перемещение хвостовика, играя роль буферного устройства.

Долото подобной конструкции разработано на кафедре горных машин и комплексов КузГТУ.

Освоение серийного выпуска комбинированных режуще-шарошечных долот позволит существенно улучшить использование выпускаемых промышленностью станков вращательного бурения тяжелого типа (СБШ), а также создать более совершенные модели универсальных станков с широким регулированием параметров, необходимость создания которых назрела и достаточно обоснована.


Ударно-вращательное (пневмоударное) бурение скважин

Начало широкого применения бурения погружными пневмоударниками приходится на 50 е годы прошлого века. Приоритет здесь принадлежит ИГД СО РАН. Буровые станки с погружными пневмоударниками получили распространение для бурения скважин в различных областях добычи полезных ископаемых открытым способом. Пневмоударниками проходятся скважины диаметрами от 66 до 254 мм. Буровые станки для пневмоударного бурения скважин диаметром до 115 мм выпускаются передвижными на колесном или гусеничном ходу. Большинство станков на колесном ходу работает от передвижных компрессорных установок.

Пневмоударное бурение относится к числу наиболее прогрессивных способов бурения, но на сегодняшний день мы существенно отстаем в этом виде бурения от зарубежного уровня.

Главная причина – отставания – применение сжатого воздуха с давлением 0,5 МПа. Для эффективной работы пневмоударника с современным штыревым инструментом требуется повышение энергии удара в 2–3 раза, т. е. давление воздуха, подводимого к пневмоударнику, 1,8–2,4 МПа, что имеет место за рубежом. В России же используется в основном давление 0,5 МПа. При таком давлении сложно получить высокие скорости бурения, увеличить ресурс машины и стойкость породоразрушающего инструмента [8].

В России станки пневмоударного бурения изготавливаются Кыштымским машзаводом с условными диаметрами 100 (125) и 125 (160) мм: СБУ-100Н-35; СБУ-10Г-32 (СБУ-100П-35); 2СБУ-100-32М; 3СБУ-100-32; СБУ-100ГА-30; СБУ-125-24; СБУ-125А-32 и СБУ-125У-52. Технические характеристики этих станков приведены в табл.6.

Таблица 6.
Технические характеристики станков ударно-вращательного бурения.

Параметры Модель бурового станка
2СБУ-100-32М (СБУ-100Н-35) 3СБУ-100-32 СБУ-100-35; СБУ-100ГА-50 СБУ-125-24; СБУ-125А-32 СБУ-125У-52
Диаметр скважины, мм 110 (125) 85; 110; 125 110; 130 125 125–160
Глубина бурения по вертикали, м 32 (35) 32 35; 50 24; 32 52
Угол наклона скважины к вертикали, градус 0–90 манипулятор 0; 15; 30 0; 15; 30 0–30
Штанга, мм
длина
диаметр
 
950
83
 
950
83
 
950
83
 
2930
89
 
4250
108
Установленная мощность, кВт нет данных 59 (дизель) 24 42 80
Мощность вращателя, кВт 4 4 4 3,8/6,2 35
Частота вращения бурового става, с–1 0,77 0,65–1,33 0,77 0,37; 0,75 0,41–1,5
Крутящий момент на долоте, кН·м 0,83 2 0,83 1,67; 1,37 2,4
Усилие подачи на забой, кН 1,0–6,0 до 25 1,0–6,0 4,5–20 до 50
Ход подачи, мм 1050 1800 1050 3700 4400
Скорость подачи, м/с 0,25 0,33 0,25 0,17 0,4
Тип пневмоударника П-110К;
П-125К
П-110К П-125К П-125К П-125К
Тип долота К-110 К-110К К-125К К-125К К-125К
Мощность ходовых двигателей, кВт 2x5,5 2x10 2x20
Скорость передвижения, км/ч 0,8–1,6 0,83 1 0,9
Давление на грунт, МПа 0,089 0,05 0,09 0,085
Габариты станка в рабочем положении, мм:
длина
ширина
высота
 
 
1135
430
2375
 
 


 
 
4000
2210
2210
 
 
4250
3000
3000
 
 
5600
3200
3200
Масса станка (сухая), кг 270 8500 5000 8500 13500


Станки пневмоударного бурения изготавливаются также зарубежными фирмами Atlas Copco, BPJ, Reddrill, Tamrock (Sandvik) и др.


Пневмоударники

Схема погружного пневмоударника

Схема погружного пневмоударника.

В практике конструирования пневмоударников применяется комбинация двух способов очистки: подача всего отработавшего воздуха на забой и отдельная продувка. Этот способ обеспечивает хорошую продувку забоя и применяется за рубежом.

Необходимое условие нормальной работы пневмоударника в скважине – ее очистка, которая производится продувкой воздушно-водяной смесью или сжатым воздухом.

Процесс воздухораспределения у современных бесклапанных пневмоударников отличается простотой исполнения и отсутствием каналов в теле цилиндра пневмоударника. Отсутствие каналов позволяет максимально увеличить диаметр поршня при заданном диаметре пневмоударника, что повышает энергию единичного удара.

Среди всех бесклапанных пневмоударников наиболее совершенными можно считать пневмоударники с воздухораспределением двустороннего действия, бесканальные с хвостовиком или с трубкой, но с воздухораспределительной парой поршень-цилиндр.

Воздухораспределение двустороннего действия обеспечивает большую частоту ударов, а следовательно, и большую мощность.

Применение воздухораспределительной пары «поршень-цилиндр» обеспечивает использование всей возможной рабочей площади поршня. Применение трубки позволяет уменьшить размеры переходника пневмоударника. Использование же хвостовика приводит к удлинению переходника, но повышает надежность конструкции пневмоударника.

Бесклапанные пневмоударники выпускает Кыштымский завод. Их технические характеристики приведены в табл. 7.


Таблица 7.
Технические характеристики пневмоударников.

Параметры Типоразмер
П-110-2,8 П-130-4,0 П-160А
Номинальный диаметр скважины, мм 105 125 165
Номинальное давление воздуха, МПа 0,5 0,5 0,5
Энергия единичного удара, Дж 96 140 280
Частота ударов, с-1 27 21 21
Расход свободного воздуха, м3/мин 2,7 3,4 7,5
Ударная мощность, кВт 2,8 4 7
Наружный диаметр, мм 92 112 142
Масса без долота, кг 22 30 56


Литература

  1. Подэрни Р. Ю. Станки вращательного бурения взрывных скважин на открытых работах за рубежом. Горное оборудование и электромеханика № 12, 2006, с. 20–24.
  2. Катанов Б. А. Современное состояние и перспективы развития бурового оборудования карьеров в условиях Кузбасса. Горное оборудование и электромеханика. № 12, 2006, с. 25–27.
  3. Катанов Б. А., Воронов Ю. Е. О новом типаже буровых станков для открытых горных работ//Уголь, № 7, 1998, с. 24–26.
  4. Катанов Б. А. Основные причины износа шарошечных долот и пути его снижения. Горные машины и автоматика, № 2, 2003, с. 13–14.
  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. Воронов Ю. Е. Совершенствование бурового оборудования разрезов/КузГТУ, Кемерово, 1998, 192 с.
  7. Страбыкин Н. Н. Техника бурения взрывных скважин в мерзлых породах. – М.: Недра, 1989. 172 с.
  8. 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.



Опубликовано: 21.01.09
Версия для печати
Рубрика: Горная техника
Автор: Катанов Б.А.  
Источник: Горная техника (Все статьи..)