Опыт и развитие технологии силового бурения резанием на карьерах

ОПЫТ И РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ СИЛОВОГО

БУРЕНИЯ РЕЗАНИЕМ НА КАРЬЕРАХ

УДК 622. 233. 05

ББК 33. 11-5

В.Д. Буткин, А.В. Гил.ев, В.Т. Чесноков, Д.Б. Нехорошев, Шаповаленко, Р.А. Гилев. Опыт и развитие технологии силового бурения резанием на карьерах. – М.: МАКС Пресс, 2005. – с.

Рецензенты:

- заведующий кафедрой  “Горные машины и рудничный транспорт” Иркутского государственного технического университета, доктор технических наук, профессор Н.Н. Страбыкин;

- старший научный сотрудник Сибирского отделения Российской академии наук, доктор технических наук, профессор А.Н. Анушенков.

            В монографии дана общая характеристика развития буровой техники на карьерах. Рассмотрены конструкции буровых долот с дисковым и зубчато-дисковым вооружением; вопросы теории, технологические зависимости и критерии оценки бурения резанием; особенности процесса разрушения горных пород и кинематика работы шарошечных долот режущего действия с зубчато-дисковыми шарошками (ДЗДШ). Изложены теоретические предпосылки разработанного нового пневмо-эжекционного метода эвакуации бурового шлама из скважины, позволяющего оптимизировать параметры пневмотранспортной системы бурового станка. Описана конструкция пневмо-эжекционного эвакуатора с механизмом управления, регулирующим концентрацию потока бурового шлама и параметры сжатого воздуха. Даны методики определения предельных осевых нагрузок и рациональных параметров пневмотранспортных систем буровых станков при использовании долот ДЗДШ. Приведены результаты промышленных испытаний долот ДЗДШ различных конструкций на угольных разрезах Красноярского края, Южного Урала, Хакассии, Казахстана и известняковом карьере Ачинского глиноземного комбината .

            Для инженерно-технических работников и проектировщиков горно­добывающих предприятий, конструкторов буровой техники. Может быть полезна преподавателям и студентам вузов в процессе изучения дисциплины Горные машины и комплексы", " Строительно-дорожные машины", " Открытые горные работы", " Технология буровзрывных работ".

ПРЕДИСЛОВИЕ

          Базисом всего промышленного производства является горная промышленность, осуществляющая добычу полезных ископаемых и обеспечивающая сырьевые потребности не только России, но и других стран. Основные объемы горной массы подготавливаются к выемке буровзрывным способом, одним из главных производственных процессов которого является бурение взрывных скважин.

          Буровой комплекс на открытых горных работах (ОГР) различного назначения представляет собой крупную ресурсоемкую систему, в которой в настоящее время преобладает экстенсивное развитие. За последние годы рост производительности бурового оборудования практически прекратился. Происходит непрерывное значительное увеличение затрат на буровые работы, приходящиеся на 1 м скважины.

В ближайшее десятилетие в России ожидаемые годовые объемы бурения на открытых горных, земляных и строительных работах превысят 60 - 70 млн. м, освоение которых при устаревших существующих способах бурения потребует списочного состава буровых станков более 2 тыс. единиц и расходования в год 160 - 200 тыс. буровых долот. Ежегодные эксплуатационные затраты могут достигнуть более 6 млрд. руб., из них примерно 60 – 65 % составят затраты на буровые долота. Поэтому создание эффективных буровых инструментов и технологии их применения на карьерах является весьма актуальной проблемой, имеющей важное хозяйственное значение для развития горнодобывающей промышленности страны.

Буровой инструмент (БИ) является самым высоконагружаемым и ответственным элементом бурового станка (БС), определяющим способ бурения в соответствии со свойствами буримых пород. Скоростные качества долот, его износостойкость и стоимость формируют главный критерий эффективной работы – удельный расход на единицу его проходки, высокий уровень которого не соответствует современным требованиям, предъявляемым к использованию ресурсов предприятий.

Большие расходы на БИ объясняются преимущественным применением на карьерах дорогих, энергоемких и сложных шарошечных долот (свыше 80 % от всех объемов). Их стоимость непрерывно повышается, особенно шарошечных долот (ШД) увеличенного диаметра (244,5 – 320 мм), масштабы потребления которых интенсивно растут, что объясняется стремлением механизировать на карьерах процесс заряжания скважин простыми и комбинированными взрывчатыми веществами. Стойкость отечественных ШД в 5 - 6 раз ниже лучших зарубежных образцов.

Практика показывает, что выпускаемые ШД, конструктивные и ресурсные параметры которых изначально рассчитаны на жесткие требования проходки глубоких скважин (на нефть и газ), не могут соответствовать всем условиям бурения неглубоких взрывных скважин. В горных породах с относительно небольшим коэффициентом крепости (f= 2 - 10), составляющих на ОГР значительную долю (от 25 – 35 % на добыче руд, алмазов и строительных материалов до 80 – 90 % на угольных разрезах), в 1,5 - 3 раза бóльшую производительность и экономичность по сравнению с ШД могут обеспечить более дешевые и простые режущие долота (РД), а в сложноструктурных породах – долота с зубчато-дисковым вооружением и различные комбинированные инструменты. Пилотные модели некоторых новых видов режущих и комбинированных долот усилиями ряда НИИ и вузов (НИИОГР, ИГД им. А. А. Скочинского, ГУЦМиЗ, ИрГТУ, КузГТУ и д.р.) разработаны давно, но серийное их изготовление и должное использование не организованно (за исключением РД диаметром 160 мм для шнековых станков), и четкие границы их применения не определены. Большинство предложенных РД оснащаются зубками от проходческих комбайнов, номенклатура которых постоянно меняется, а формы и размеры пластин твердого сплава не всегда целесообразны. Многие известные технологические решения БИ еще требуют длительной опытно-промышленной проверки и экономических обоснований.

В бурении резанием центральным является вопрос рациональной области его применения, поскольку высокая производительность РД находится в противоречии с интенсивным падением стойкости резцов с повышением крепости и (особенно) абразивности  горных пород. Эта проблема в конечном счете имеет экономический характер и для своего решения требует системного подхода. Работа бурового долота органически сопряжена с технологическими процессами бурения и характеристиками исполнительных механизмов БС. Поэтому необходимо обеспечивать согласованность параметров создаваемых новых моделей буровых инструментов с режимными параметрами разрушения пород и удаления продуктов разрушения из забоя скважины, а также с параметрами БС (механизмов вращения, подачи инструмента и очистки скважины).