18 |
Горные породы и буровые работы |
румента и оборудования, состояние воздухопроводной магистра
ли (шлангов, соединений, прокладок) и диаметры отверстий в со единениях, которые должны быть не менее 18—19 мм; уменьше ние диаметра пропускных отверстий на 3—4 мм понижает про
изводительность перфоратора на 25%.
12.Длина хвостовиков буров должна точно соответствовать паспортным данным. Для перфоратора ПА-23 и ОМ-506 она рав
на 108 мм. Уменьшение длины хвостовика на 2—3 мм снижает
производительность бурения на 15—20%.
13.Расход воды для промывки при бурении должен быть не менее 3 л/мин, при недостаточном расходе воды между лезвием бура и забоем шпура создается подушка из шлама, понижающая
скорость бурения на 15—20%.
14.Хронометражист должен находиться непосредственно око ло бурильщика, наблюдать за манометром, исключать из време
ни чистого бурения время, затраченное на извлечение застрявше го бура, и время других перерывов в бурении.
Для определения скорости бурения принимается только чи стое время бурения без времени на забуривание, продувку, про шуровку, смену бура и коронки и т. п. Отсчеты времени произво дятся с точностью до 5 сек.
15.Результаты бурения забоя необходимо заносить в спе
циальную нормировочную карту и представлять начальнику уча стка (шахты) и главному инженеру на утверждение.
16.Обуривание забоев производится:
а) |
перед составлением месячного плана по участку—ежемесячно; |
б) |
при составлении норм— по каждому блоку; |
в) |
при изменении категорий пород в забое — немедленно; |
г) |
по требованию рабочих или начальника участка—в трехднев |
д) |
ный срок, но не чаще одного раза в неделю; |
во вновь открываемой выработке — перед началом работ. |
Глава II
СВЕДЕНИЯ О БУРОВЫХ РАБОТАХ
ИТЕОРИИ БУРЕНИЯ
§1. Общие сведения о буровых работах
При разработке месторождений полезных ископаемых взрыв чатые вещества чаще всего размещают в массиве горных пород в особых цилиндрических углублениях — шпурах и скважинах.
Шпуром называют искусственное цилиндрическое углубление в горной породе, имеющее диаметр до 75 мм и глубину до 5 м.
Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубле-
Сведения о буровых работах и теории бурения |
19 |
ние в горной породе, имеющее диаметр более 75 мм при глуби не до 5 м или любой диаметр при глубине более 5 м.
В настоящее время известны две группы принципиально раз личных методов бурения шпуров и скважин. К первой относятся те методы, при которых разрушение породы осуществляется ме ханическим способом — непосредственным воздействием твердо
го бурового инструмента на породу. Методы этой группы имеют,
в настоящее время подавляющее распространение. Ко второй группе относятся методы бурения, при которых разрушение поро ды осуществляется различными немеханическими способами. Эти методы пока находятся в основном в стадии экспериментирования.
В целом существующие методы бурения горных пород могут быть классифицированы следующим образом [4].
I. Методы бурения, при которых разрушение породы в забое осуществляется механическим способом:
А. Ударным:
1) с принудительным движением инструмента (ударно-пово ротное бурение):
а) ручное; б) механическое (перфораторное бурение);
2)со свободно падающим инструментом:
а) подвешенным на канате (ударно-канатное бурение);
б) подвешенным на штангах.
Б. Вращательным:
1) кольцевым забоем:
а) режущими коронками: твердосплавными (колонковое бу
рение твердыми сплавами), алмазными (колонковое ал мазное бурение);
б) дробью (дробовое бурение); 2) сплошным забоем:
а) буровыми ложками; б) спиральными бурами (в частности, бурение электросвер
лами; в) долотьями: с режущими перьями, шарошечными;
г) бескерновыми мелкоалмазными коронками.
В. Ударно-вращательным-.
1)с ударным механизмом, помещенным в скважине (бурение погружными перфораторами);
2)с ударным механизмом, помещаемым вне скважины (пер фораторное бурение с независимым вращением).
II. Методы бурения, при которых разрушение породы в забюе скважины осуществляется немеханическими способами.
2*
20 |
Горные породы и буровые работы |
Ударным бурением называется такой способ бурения, при ко
тором разрушение породы производится при помощи бура, по ко торому наносятся удары, или при помощи долота, падающего с буровым снарядом в скважину с некоторой высоты. Под действи ем силы удара лезвие головки бура или долота внедряется в по
роду. После каждого удара бур поворачивается на некоторый угол.
Ударное бурение весьма широко применяется в современной горной промышленности. Вариант этого вида бурения — ударно
поворотное бурение является пока почти единственным способом бурения шпуров в породах крепких и выше средней крепости.
Широко применяется он также для бурения скважин.
Основным преимуществом ударно-поворотного бурения явля ется удобство его применения, экономичность и относительно вы сокая производительность в крепких породах. Главный недоста ток—необходимость использования сжатого воздуха, что связа но с низким общим к. п. д. (не выше 15—17%).
Вращательным бурением называется такой способ бурения,
при котором разрушение породы происходит путем вращения бу рового наконечника при определенном давлении на забой шпура или скважины. При бурении скважины кольцевым забоем поро да бурится только по кольцу, а в центре остается нетрону
тый столбик породы, называемый керном. При бурении сплошным
забоем порода бурится по всему сечению скважины. Такой способ широко распространен при бурении шпуров. Бурение коль цевым забоем называется колонковым бурением. Этот способ применяют почти исключительно для бурения скважин. При ко лонковом бурении керн периодически извлекают из скважин при помощи кернорвателя или путем заклинивания в колонковой трубе битым крепким камнем или стеклом.
Рассматриваемый способ применяют для |
бурения шпуров |
в породах мягких и ниже средней крепости. |
Для бурения сква |
жин вращательный способ широко используют в породах любой крепости, вплоть до весьма крепких (алмазное бурение).
Ударно-вращательный способ бурения является комбинацией
двух названных выше способов. При этом способе бурение про изводится с помощью ударного механизма при непрерывном вра щении бурового инструмента (удары наносятся по вращающему ся буру). Этот способ бурения, усиленно разрабатываемый в по следние годы, успешно применяют для проходки скважин в креп ких породах.
Описание различных способов бурения с механическим разру шением породы дается в последующих главах при рассмотрении соответствующих буровых машин.
Изыскание высокоэффективных способов разрушения горных пород, в частности при бурении шпуров и скважин, является од
Сведения о буровых работах и теории бурения |
21 |
ной из наиболее важных проблем современной науки и практики горного дела. Внимание исследователей в области буровой тех ники в последнее время привлекают термический способ бурения, бурение с использованием разрушающего действия колебаний высокой частоты и электрогидравлический способ бурения.
Термический способ бурения. При этом способе поверхность
забоя скважины подвергается сильному нагреву специальными
реактивными горелками. В качестве горючего используется смесь керосина или этилового спирта с кислородом. Температура горя чих газов при выходе из сопла составляет около 2000°, а на по верхности породы 1000—1500°. Скорость истечения горячих газов
•из реактивной горелки сверхзвуковая — 1800—2000 м!сек. Поро да растрескивается, разрушается и выносится из скважины от работанными газами и паром, в который превращается вода, по
даваемая для охлаждения горелки.
В США в течение ряда лет ведутся исследования и практиче ские работы в области прожигания скважин в крепких породах реактивными горелками, в результате чего созданы промыш
ленные образцы оборудования для бурения со значительной ско ростью как вертикальных, так и наклонных скважин. На некото рых карьерах ведут только термическое бурение.
Начавшееся опытное бурение реактивными горелками в СССР
также показало большую скорость бурения в породах высокой крепости. Преимуществом термического способа является высо кая производительность, превышающая производительность всех
известных способов бурения весьма крепких пород. Существен
ное преимущество термического способа — рост производитель ности с увеличением крепости пород.
Недостатки: возможность использования лишь для некоторых
пород, большие расходы кислорода и горючего, громоздкость установок и выделение большого количества газов и паров, в свя зи с чем возможности его применения в подземных условиях по ка крайне ограничены.
Бурение с разрушением породы при помощи высокочастотных колебаний. В последние годы за рубежом делаются попытки ис пользовать высокочастотные колебания, в частности ультразвук для разрушения горных пород. Разрушение вибрирующим с ультразвуковой частотой инструментом производится в воде в присутствии суспензии абразивного вещества. Опыты показали, что ультразвуковым методом можно бурить крепкие и весьма крепкие породы, но пока достигнута очень небольшая скорость бурения. По мнению некоторых зарубежных исследователей, для
бурения крепких пород перспективны не ультразвуковые, а инфра звуковые частоты, позволяющие развивать высокую энергию еди ничного удара при больших амплитудах.
К рассматриваемой группе буровых средств примыкают и в и-