Комбинированное бурение скважин
Различают комбинированное механическое бурение и комбинированное бурение с термомеханическим разрушением. К комбинированному механическому бурению относят ударно-шарошечное и режуще-шарошечное бурение. при использовании ударно-шарошечного бурения в буровом инструменте совмещаются шарошечное долото и пневмоударник. Комбинированный режуще-шарошечный инструмент совмещает режущее и шарошечное долота. К опытно-экспериментальным способам бурения относят взрывное, плазменное, ультразвуковое бурение. сущность бурения с помощью взрывов зарядов ВВ заключается в последовательной подаче на забой скважины малых порций ВВ и их взрывании. Различают два способа взрывного бурения – ампульное (патронное) и струйное. Сущность плазменного бурения состоит в том, что между двумя электродами создается устойчивая электрическая дуга, которая выдувается из сопла с помощью сжатого воздуха и воздействует на забой скважины. В факеле разряда дуги температура достигает 6000о С а скорость истечения газов равна 2000 м/с. При воздействии плазменной струи порода плавится и частично испаряется. Образуемая скважина затем может расширяться механическим способом. Для эффективного бурения скважины необходимо обеспечить точную фиксацию расстояния между забоем скважины и срезом плазмобура (несколько миллиметров).
Расчет производительности буровых станков
К вспомогательным операциям при бурении скважин относят:
опускание, подъем, наращивание и разъединение бурового става;
очистку скважин от буровой мелочи;
замену породоразрушающего инструмента;
перемещение станка на новую позицию.
Для данных условий бурения и принятого типа станка что время бурения 1 м скважины и выполнения вспомогательных операций является величиной постоянной. Тогда сменная производительность бурового станка
, м (2.1)
где Тсм – продолжительность смены, ч;
То,Тв – соответственно продолжительность выполнения основных и вспомогательных
операций, приходящаяся на 1 п.м скважины, ч;
Ки.б – коэффициент использования сменного времени.
(2.2)
где Тп.з, Тр, Тв.п – соответственно продолжительность подготовительно-заключительных
операций, регламентированных перерывов и внеплановых простоев.
Продолжительность основных операций
, ч (2.3)
где v б – техническая скорость бурения, м/ч.
Величины Тп.з, и Тр нормируются на карьерах в зависимости от условий работы и в сумме составляют 0,5 – 1 ч. Вспомогательное время Тв определяется на соновании хронометражных наблюдений. В учебных расчетах его можно принимать соответственно 2 – 6, 2 – 5, 8 – 16 и 4 –5 мин соответственно для станков СБР, СБШ, СБУ и СБО. сменные внеплановые простои станков на карьерах находятся в пределах 1 – 1,5 ч. Кроме внутрисменных простоев имеются и целосменные простои станков (достигающие 20% годового фонда времени), вызванные ремонтами, отсутствием фронта работ, перерывами при взрывных работах, перегонами станков, и др. Поэтому на планируемый период производительность станков рассчитывается с учетом предполагаемого числа рабочих смен. Годовая производительность станка
, м (2.4)
где n см – число рабочих смен в сутки (обычно 2);
N – 280-290 число дней работы станка в году.
Рабочий парк N б.р буровых станков определенного типа зависит от запланированного объема V г.м горной массы, подлежащей обуриванию, и рассчитывается по формуле
, (2.5)
где q г.м - выход взорванной горной массы с 1 м скважины, м3.
Весьма важное значение на результаты взрыва оказывает величина W, которая зависит от диаметра скважины dc, высоты уступа h у, угла откоса уступа b у, мощности ВВ и плотности заряжания. При завышении величины W плохо прорабатывается подошва уступа, а при ее занижении энергия взрыва тратится на выброс, а не на дробление породы. В практике W=(0,6 – 1) h у. Минимальное значение W, удовлетворяющее условию безопасности обуривания уступа, определяется по формуле
, м (2.6)
где с=3 – минимально допустимое расстояние от оси скважины до верхней бровки уступа.
Расстояние между скважинами в ряду а и расстояние между рядами скважин b подбирается таким образом, чтобы наиболее равномерно распределить ВВ в массиве Эти величины зависят от взрываемости пород, диаметра скважин, требуемой кусковатости, высоты уступа, схемы взрывания. Их подбор осуществляется с учетом величины m=a:W, называемой коэффициентом сближения скважин, значения которого на карьерах колеблются в пределах 0,75 – 1,4. По условию дробления для легковзрываемых пород m=1,1 – 1,4 , для пород средней взрываемости m= 1 – 1,1 , для трудновзрываемых пород m= 0,75 – 1. При шахматном расположении скважин b»0,85а, при квадратном расположении b=0,85а. Взрывание скважинных зарядов может быть мгновенным и короткозамедленным. Последнее позволяет увеличить расстояние между скважинами за счет изменения направления отрыва породы от массива и более полного использования энергии взрыва, а также снизить сейсмическое действие взрыва. Интервал t замедления при короткозамедленном взрывании изменяется в пределах 5 – 250 мс. Интервал замедления при однорядном расположении скважин можно ориентировочно определить по формуле
, мс (2.7)
где Кв – коэффициент, зависящий от взрываемости породы (для трудновзрываемых пород Кв = 1,5 – 2,5, для средневзрываемых Кв=3 - 4, для легковзрываемых Кв=5 – 6 ), мс/м. При многорядном взрывании значение t увеличивается на 25%.
Принципы расчета скважинных зарядов
По своей конструкции заряды ВВ могут быть сплошными и сосредоточенными. Сплошной заряд, расположенный в нижней части скважины, воздействует в основном на нижнюю часть уступа. Поэтому при взрыве сплошных зарядов (особенно в крепких труднодробимых породах), образуется негабарит. Рассредоточенные заряды с воздушными промежутками, конструкция которых разработана в ИГД им. А.А.Скочинского под руководством акад. Н.В.Мельникова, позволяют улучшить дробление породы благодаря дополнительному использованию части энергии взрыва, затрачиваемой при сплошном заряде на переизмельчение породы в непосредственной близости к заряду.
Масса скважинного заряда ВВ определяется по формуле
Q з = qV п,, кг (2.8)
где q – удельный расход ВВ, кг/м3;
V п - объем породы, взрываемый зарядом, м3.
Удельный расход ВВ зависит от взрываемости пород и необходимости их дробления. На карьерах он изменяется в значительных пределах (0,15 – 0,9 кг/м3 и более). Для учебных расчетов можно воспользоваться следующими данными.
Легковзрываемые породы 0,2 – 0,4
Средневзрываемые породы 0,4 – 0,6
Трудновзрываемые породы 0,6 – 0,9
В практике масса заряда определяется по формулам:
для скважин первого ряда
Q з = qWh у а, кг (2.9)
для скважин следующих рядов
Q з = qbh у а, кг (2.10)
Для рассредоточенных зарядов масса нижней части заряда
Q з.н =(0,65 – 0,75) Q з, кг (2.11)
Длину забойки сплошного заряда можно ориентировочно определить по формуле
l заб = m W, м (2.12)
где m=0,4 – 0,7 – коэффициент забойки.
Длина воздушного промежутка
l в.п =(0,17 – 0,35) l вв, м (2.13)
где l вв – длина заряда, м
, м (2.14)
где Рвв – вместимость ВВ в 1 м скважины, кг;
Рвв=7,85 2 D , кг; dc – диаметр скважины, дм; D - плотность заряжания ВВ в скважине, кг/дм3.
Значение lвв должно удовлетворять условию
(2.15)
Вторичное дробление
Под вторичным дроблением горных пород понимают разрушение негабаритных кусков действием взрыва, термическими, электротермическими или механическими способами.
Метод накладных зарядов применяется при хрупких и легкодробимых породах и небольшом объеме работ, когда затраты на повышенный расход ВВ (2 – 2,5 кг/м3) меньше затрат на бурение шпуров. Накладной заряд толщиной h з=4-5 см располагают на поверхности негабарита и прикрывают слоем глины или песка толщиной h заб ³ h з. для повышения эффективности накладных зарядов используют специальные заряды мощных ВВ с кумулятивной выемкой, которые позволяют снизить расход ВВ в 5 – 7 раз.
При шпуровых зарядах диаметр шпура составляет 25 – 60 мм а глубина шпуров h ш=(0,25 – 0,5)h н, где h н – толщина негабарита). Удельный расход ВВ составляет 0,1 – 0,3 кг/м3. Для бурения шпуров используются ручные и колонковые перфораторы. Для уменьшения разлета кусков и расхода ВВ в шпуры помещают малые заряды высокобризантного ВВ (заряды в 8-12 раз меньше, чем обычные) и заполняют их жидкостью (гидрозабойка).
Механический способ дробления негабарита основан на использовании силы тяжести падающего груза массой 1,5 – 5 т, который подвешивается к канату крана или экскаватора. Груз имеет форму шара или цилиндра. Эффективность дробления повышается при направленных ударах с помощью специальных бутобоев.
Термические и электротермические способы дробления негабаритов основаны на местном нагреве негабаритных кусков с использованием различных источников тепла (реактивные горелки, электрическая дуга, и т.д). На карьерах применяется низкочастотный нагрев токами промышленной частоты при низком напряжении.