Состояние и актуальность создания реновационных технологий при эксплуатации шарошечных долот

Глава 1.  Состояние и актуальность создания реновационных технологий при эксплуатации шарошечных долот.

1.1.  Анализ способов бурения взрывных скважин на карьерах.

Полезные ископаемые, добываемые горной промышленностью, являются базисом  для развития народного хозяйства страны. Горные породы отделяются от массива механическими, теплотермическими и комбинированными способами.

Механическими способами (экскаваторами, комбайнами, высоконапорной струёй воды) добываются полезными ископаемые и убираются пустые породы, имеющие коэффициент крепости f, до 5 по шкале Протодьяконова.

Энергией взрывных веществ (ВВ) отделяется от массива горная масса с коэффициентом крепости 5-20.

В угольной промышленности породы крепостью до f=5 составляют свыше 50%, а остальные породы имеющие крепость f= 5-15. В других отраслях горной промышленности породы до f=5 составляют незначительную часть (616% ), главные объёмы приходятся на породы крепостью f= 5-15 (до 80%),породы с f= 15-20 занимают 10-15%.

В табл. 1.1. приведены ориентированные данные ИГД им. А.А. Скогинского о распределении горной массы по крепости горных пород на карьерах СССР, которое сохраняется до настоящего времени [1].

Распределение горной массы по крепости горных пород, %        Таблица 1.1.

Характерно, что породы и полученные ископаемые (табл. 1.1) с крепостью до f=5 имеют малые объёмы за исключением угольной промышленности.

Эффективность использования ВВ связана с необходимостью бурения скважин.

В доперестроечный период в СССР в год бурили только на угольных разрезах 27-28 млн.м в год, на карьерах по добыче нерудных полезных ископаемых (горно- химические и горно- металлургическое сырьё, строительные материалы и др.)- около 15-17 млн.м [2]. Примерно распределение объёмов бурения по крепости горных пород, по опытным и расчетным данным, приведенным к условному диаметру скважин 220 мм приведено на рис 1.1.

Рис 1.1    Распределение объемов бурения по крепости горных пород.

Объемы бурения (рис 1.1) по породам с коэффициентом крепости f= 5-20 составляют около 80 %.

В ближайшие годы в Российской Федерации ожидаемые годовые объемы бурения на открытых горных, земляных и строительных работах превысят 60 млн.м скважин.

Способом бурения определяется горотехническими факторами и экономическими показателями. Решающее значение при этом имеет не только крепость пород, но и требуемый диаметр скважин, зависящий от блочности ( трещиноватости ) взрываемых горных массивов и рациональности вида используемого взрывчатого вещества.

 В настоящее время на разрезах применяются только вращательное бурение шарошечными долотами, благодаря совершенствованию технологии взрывных работ, причём увеличиваются масштабы бурения резанием.

Ударно- вращательный способ бурения резанием, в значительных объемах сохраняется на малых карьерах строительных материалов при проходке скважин диаметром 105- 160мм в породах высокой крепости при повышенных требованиях и кусковатости взорванной горной массы. На этих карьерах будет расширяться бурение резанием в слабых породах, а так же в перспективе режуще- ударный способ при проходке скважин в перемежающихся по крепости горных породах.

 На  рисунке 1.2 показаны рекомендуемые, ориентированные области эффективного применения способов бурения и бурового инструмента

в зависимости  от крепости горных пород.

Рис 1.2 Области эффективного применения способов бурения и бурового  инструмента:

РД- режущие долота с неподвижными резцами; ДЗДШ- долота с зубчато- дисковыми шарошками; РШИ- режуще- шарошечный инструмент; РУИ- режуще- ударно инструмент; УДС- ударно- дисковый снаряд; УШИ- ударно шарошечный инструмент.

Из диаграммы видно, что наиболее широкую границу эффективной работы занимает шарошечное бурение. Выпускаемые типы шарошечных долот обеспечивают бурение практически во всём диапазоне крепости горных пород от 2 до 20. Бурение комбинированным инструментом, с приложением к нему различных видов нагрузок, повторяет область разрушения породы шарошечными долотами.

На карьерах железнорудных месторождений  и цветных металлов, представленных в основном крепкими породами, шарошечный способ занимает 95- 100%, на угольных разрезах около 50%, на карьерах по добыче нерудных полезных ископаемых (горно- химическое, и горно- металлургическое сырьё, строительные горные породы и др.) около 60%. Способ бурения резанием на угольных разрезах занимает до 50% , а на карьерах нерудного сырья- 20%. Ударно- вращательный способ бурения станками СБУ наиболее распространен на малых карьерах строительных материалов - до 30 %.

По горно- геологическим и экономическим  условиям ведения горных работ наблюдается четкая тенденция к увеличению диметра взрывных скважин, объясняется стремлением использовать на карьерах простые гранулированные и комбинированные (смесь эмульсионных и гранулированных) ВВ, как наиболее дешевые и позволяющие полностью механизировать процесс как их приготовления, так и заряжания ими скважин. Необходимый уровень работоспособности зарядов таких ВВ (скорость детонации, удельная концентрация энергии и др.) достигается увеличением диаметра скважин.

На карьерах России преобладает вращательный способ бурении с инструментами шарошечного и режущего типа. Причем до 83% всех объемов бурения осуществляется шарошечным буровым инструментом.

Расход шарошечных долот на указанный выше объём бурения составит 80-100 тыс. шт. с годовыми затратами на них более 2.3 млрд. руб. При этом будет приобладать использование долот диаметром 244.5 мм.,в меньшей степени- диаметром 269,9, 320 и 190-215,9 мм (уголь).

Затраты на буровые работы составляют 25-30% (угольные разрезы) до 45-50% (рудные карьеры) от затрат на горные работы.

1.2 Анализ состояния и опыт использования шарошечных долот при            б                 бурении скважин на карьерах. 

Применяемый в настоящее время отечественный и зарубежный буровой инструмент является неразборным [4,5]. Он состоит рис (1.3) из секции, соединенных между собой сварным швом 3. Каждая секция состоит из лапы 1, на цапфе которой смонтирована шарошка 2, свободно вращающаяся на подшипниках качения. Основная схема набора подшипников Р-Ш-Р: большой роликовый подшипник 5, шариковый ряд- замок 7, малый роликовый подшипник 6. Шарики замкового подшипника закладываются при сборке через отверстия в цапфе 8, которое заваривается. Соединённые сваркой сваркой секции долота образуют корпус, верхняя часть которого заканчивается резьбовым конусным ниппелем 4, с помощью которого долото присоединяют к штанге бурового става.