Станки комбинированного и термического бурения: назначение, область применения, буровой инструмент
Эти станки являются универсальными машинами, позволяющими вести бурение скважин в сложных горно-геологических условиях с перемежающимися породами различной крепости и структуры. Эффективность разрушения твердых горных пород достигается за счет комбинированного воздействия на породу различных механических и немеханических способов бурения.
Из немеханических способов бурения широкое применение получил термический, который в сочетании с механическим способом позволяет эффективно бурить плотные породы высокой крепости.
При термическом бурении разрушение горной породы происходит вследствие интенсивного одностороннего нагревания забоя скважины раскаленными струями газов. Наиболее эффективно разрушаются кварцсодержащие породы, имеющие низкую теплопроводность при большом коэффициенте линейного расширения.
Сущность термомеханического способа бурения заключается в том, что нагрев породы вызывает значительное снижение ее прочности, а окончательное разрушение достигается механическим способом.
Схема станка термомеханического бурения показана на рис. 6. Станок оснащен термошарошечным рабочим инструментом. Высокотемпературные газовые струи, вытекающие из сопел 1 термобура, разрушают и ослабляют горную породу на забое скважины. С помощью шарошечного бурового инструмента 2 производится разрушение породы. Термошарошечный рабочий инструмент, закрепленный на штанге 3, вращается с помощью вращателя 4. Рабочие компоненты — керосин, кислород и вода — подаются к входному коллектору 5 на вращателе и далее по каналам в штанге поступают к горелке термобура. Разрушенная порода выносится парогазовой смесью.
|
|
|
Буровой снаряд станка комбинированного бурения состоит из горелки (термобура), неразборной буровой штанги и подводящего устройства. Термобур состоит из камеры сгорания, чехла, штанги, коронки , гильзы. Буровая штанга служит для вращения горелки и транспортирования в ней рабочих компонентов и воды.
К комбинированному относят буровой инструмент, сочетающий в себе не менее двух породоразрушающих органов, работающих одновременно или поочередно. Режуще-ударный буровой инструмент сочетает пневмоударник с насадками в виде кольцевых режущих коронок. Термоударный и термошарошечный буровые инструменты представляют собой сочетание огневой горелки и пневмоударника или шарошечного долота. Ударно-шарошечный буровой инструмент сочетает в себе пневмоударник и шарошечное долото. Режуще-ударный буровой инструмент сочетает пневмоударник с насадками в виде кольцевых режущих коронок.
Станки термошарошечного бурения позволяют вести проходку скважины шарошечным долотом, с последующим расширением до необходимого диаметра термобуром.
|
|
|
ЕМТИХАН БИЛЕТІ / ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15
Способы разрушения горных пород
Более 90% подземных и 35% открытых выработок проходится с использованием взрывчатых веществ (ВВ).
Для размещения зарядов ВВ в массиве породы, подлежащей отбойке, создаются зарядные камеры (в подземных выработках это в основном шпуры, на открытых — могут быть шпуры и скважины). Бурение шпуров скважин до настоящего времени является одним из трудоемких и дорогостоящих способов создания искусственных полостей.
Процесс бурения состоит в разрушении пород буровым инструментом и ее удалении за пределы шпура (скважины).
Шпуром называется пробуренная в породе цилиндрическая полость глубиной до 5 м и диаметром до 75 мм. Шпуры бурят для разрушения взрывом ВВ негабаритных блоков горных пород, для выравнивания подошвы уступа, при проходке горных выработок и на очистных работах, рыхлении мерзлых грунтов, корчевке пней, валке деревьев, а также для разрушения различных объектов при строительстве сооружений и во многих других случаях.
Бурение шпуров эффективно при добыче штучного камня, при создании гладкого неразрушенного откоса, при сооружении канала и траншей методом контурного взрывания. Широко используется бурение шпуров при взрывных работах негорного характера (обрушении зданий и сооружений и для других целей).
|
|
|
Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы глубиной свыше 5 м и диаметром более 75 мм.
Скважины бурят в основном при добыче полезных ископаемых открытым способом. По направлению скважины бурят вертикальными, горизонтальными и наклонными.
По природе разрушающих горную породу напряжений все способы бурения делятся на механические, при которых разрушение происходит вследствие развития в породе механических напряжений, и термические, при которых разрушение происходит вследствие развития в породе температурных напряжений.
К механическим способам бурения относятся ударный, вращательный, ударно-вращательный, вращательно-ударный, ультразвуковой, взрывной, электрогидравлический и гидравлический.
К термическим способам относятся огневое, плазменное, электротермическое бурение.
По видам передачи энергии породе способы бурения делятся на контактные (ударное, вращательное, ударно-вращательное, вращательно-ударное, взрывное, электротермическое) и бесконтактные (термическое, плазменное, гидравлическое, электрогидравлическое, ультразвуковое).
|
|
|
Способы воздействия на породу:
- твердым породоразрушающим инструментом (ударное, вращательное, ударно-вращательное, вращательно-ударное бурение);
- газами (взрывное бурение патронированными зарядами);
- жидкостью (электрогидравлическое и гидравлическое бурение);
- электрическим током (электротермическое и электроимпульсное бурение);
- комбинированные (с помощью газов и тепла — струйное взрывобурение, огневое, плазменное бурение, с помощью абразива и жидкости — ультразвуковое бурение).
По способу разрушения забоя может быть колонковое бурение с отбором керна и бурение сплошным забоем.
По способу удаления продуктов разрушения из забоя различают периодическую (с помощью желонок, различных буров и грунтоносов) и непрерывную очистку, осуществляемую механически с помощью витых штанг и шнеков при вращательном бурении и циркулирующим жидким, аэрированным (водовоздушная смесь) или газообразным агентом при шарошечном и ударном бурении.
По способу подачи промывочного агента к забою возможны прямая очистка, при которой агент движется внутри бурильных труб или штанг и перфоратора, омывает забой и вместе с продуктами разрушения поднимается по затрубному пространству на поверхность, и обратная очистка, когда промывочный агент подается по затрубному пространству, поступает вместе с продуктами разрушения внутрь бурового става и поднимается на поверхность. Последний способ при бурении шпуров широко применяется при отсосе шлама.
По виду используемой энергии различают ручное бурение, когда все операции выполняются вручную, и машинное, когда все процессы бурения выполняются различными механизмами.
Механическое разрушение — отделение горных пород от массива или их дробление (измельчение) путем воздействия на породу породоразрушающего инструмента — резца, фрезы, шарошки, ударника, алмазных и абразивных кругов и коронок, скалывателей и др. В результате действия того или иного механического фактора протекают физические процессы чисто механического разрушения породы: сжатие, раздавливание, дробление, скалывание, резание и др.
Гидравлическое разрушение осуществляется воздействием на горную породу струй воды под высоким давлением.
Термическое разрушение пород происходит под действием физических полей, создаваемых без использования специальных породоразрушающих инструментов за счет физико-химических процессов, протекающих под действием высокой температуры. Термическому разрушению способствует низкая теплопроводность породы, анизотропия ее, высокий коэффициент теплового расширения и т. д.
Взрывоударное разрушение — разрушение и перемещение горных пород под действием энергии взрывчатых веществ, размещенных в массиве (в скважинах, шпурах, камерах и пр.).
Электрические способы ослабления и разрушения основаны на воздействии на горную породу электрической энергии в виде электромагнитного поля, электрического разряда, электрического тока и др.
При проведении горно-разведочных выработок в основном имеет место взрывоударное разрушение горных пород и применение связанных с ним механических способов, необходимых для создания в массиве пород полостей с целью заложения заряда ВВ.
При вращательном способе порода разрушается при вращении породоразрушающего инструмента с наложением постоянно действующего (статического) осевого усилия. Этот способ в основном применяется при бурении шпуров в мягких и средней крепости породах (f<10).
При ударном способе разрушение породы происходит при нанесении ударов породоразрушающим инструментом по породе с определенной силой и скоростью.
Выделяются следующие комбинации ударного и вращательного способов бурения:
ударно-поворотное бурение обычными и погружными бурильными молотками (перфораторами), при котором инструмент в промежутках между ударами поворачивается на определенный угол (к ударно-поворотному относится и ударно-канатное бурение скважин);
ударно-вращательное бурение погружными пневмо- или гидроударниками и перфораторами с независимым вращением, при кртором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту.
При указанных двух способах бурения порода разрушается в основном в результате ударов:
при вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающемуся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение породы происходит в результате ударов и вращения инструмента.
При вибрационном способе происходит погружение специального забойного инструмента обычно цилиндрической формы в рыхлую породу под действием вынужденных продольных колебаний — вибраций и осевого усилия.
При способе задавливания происходит погружение породоразрушающего инструмента, имеющего форму конуса или полого цилиндра, в мягкую породу под действием осевого усилия. Разрушаемая порода в этом случае уплотняется в стенках скважины.
При вибрационно-вращательном способе разрушение пород происходит при вращении специального инструмента и действии осевого усилия.
В результате взаимодействия инструмента с породой наблюдаются три основных типа разрушения.
Первый — разрушение под лезвием инструмента монолита в мелкодисперсную массу. Размеры частиц менее глубины внедрения инструмента и меньше первоначальных кристаллов и зерен породы.
Второй — скалывание по краям зоны дробления, которое за счет неоднородности и начальных дефектов в породе приводит к тому, что размеры зоны разрушения несколько отличаются от правильных. Размеры частиц значительны.
Третий — образование трещин в породе под зоной (ядром) измельчения, позволяющих при повторных воздействиях увеличивать зону разрушения.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 2077; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!