Назначение и классификация буровых станков

     Назначение  и классификация  буровых станков 
 

       Общая схема для механического  колонкового бурения с применением  буровой установки приведена  на рис. 1. В вышке на фундаментах  устанавливаются буровой станок 7, буровой насос (компрессор) 18, двигатели  19 для привода станка и насоса. При наличии электроэнергии станок  и насос приводятся электродвигателями, а при её отсутствии - от двигателя  внутреннего сгорания (ДВС). После  проверки и наладки буровой  установки производится забуривание  скважины в нужном направлении,  после чего устье скважины  закрепляется направляющей обсадной  трубой 6. Одновременно оборудуется  система для очистки промывочной  жидкости от выбуренной породы (шлама).

       Бурение скважины производится  в следующей последовательности. При помощи лебёдки 16 в скважину  спускается буровой снаряд, собираемый  из следующих частей: породоразрушающего  инструмента (коронки) 1, колонковой  трубы 3, переходника 4. колонны  бурильных труб 5, длина которой  увеличивается по мере углубления  скважины. Все детали бурового  снаряда соединяются друг с  другом при помощи герметичных  и прочных резьбовых соединений.

       Верхняя ведущая труба пропускается  сквозь шпиндель вращателя 8 бурового  станка и зажимается в патронах 9. На верх её навинчивается  вертлюг-сальник 10, соединённый нагнетательным  шлангом /7с буровым насосом  18. С вращением и промывкой  доводят буровой снаряд до  забоя и начинают процесс бурения. 

       Рис. 1. Общая схема установки для  колонкового бурения: 1 - породоразрушающий  инструмент; 2 - керн; 3 - колонковая труба; 4 - переходник с колонковой на  бурильную трубу; 5 - колонна бурильных  труб; 6 - направляющая обсадная труба; 7 — буровой станок; 8'- вращатель; 9 - зажимные патроны; 10 — вертлюг-сальник; 11 -талевой блок; 12 -талевой канат; 13 - крон-блок; 14 - ноги буровой вышки;15 - буровое здание; 16 - лебедка станка; 17 - нагнетательный шланг; 18 - буровой  насос; 19 -двигатели для привода  станка и насоса; 20 - отстойник; 21 - желоба для очистки промывочной  жидкости от шлама; 22 -приемная  ёмкость; 23 - всасывающий рукав; 24 - индикатор  массы бурового снаряда, включенный  в неподвижный (мертвый) конец  каната; 25 - шланг для сброса части  промывочной жидкости. 

       В зависимости от физико-механических  свойств проходимых пород, диаметра  и типа породоразрушающего наконечника,  шпинделю, а следовательно, и буровому  инструменту, сообщают ту или  иную частоту вращения и при  помощи регулятора подачи создают  необходимую осевую нагрузку, которая  не должна зависеть от массы  бурильной колонны. Частота вращения  инструмента подбирается в зависимости  от типа породоразрушающего инструмента,  его диаметра и глубины скважины. Регулятор подачи позволяет создавать  необходимую нагрузку на коронку  и забой скважины независимо  от массы колонны бурильных  труб (глубины скважины). Вращаясь  и внедряясь в породу, коронка  выбуривает кольцевой забой, формируя  керн 2. По мере углубления скважины  керн заполняет колонковую трубу.

       Для охлаждения коронки, очистки  забоя от разрушенной породы  и выноса её на поверхность  применяют различные очистные  агенты. Промывочная жидкость при  промывке скважины через всасывающий  шланг 23 подаётся насосом из  приёмной ёмкости 22 и нагнетается  к забою скважины через нагнетательный  шланг 17, буровой вертлюг-сальник  10 и колонну бурильных труб 5.

       Промывочная жидкость омывает  забой, охлаждая резцы коронки,  и транспортирует выбуренные  частицы пород - шлам - с забоя  на поверхность по стволу скважины. Из скважины жидкость направляется  в отстойник и желоба 20, где  частицы пород осаждаются, либо  в специальный очистительный  прибор, и очищенная жидкость  попадает в приемную ёмкость  22, откуда вновь нагнетается в  скважину. В процессе бурения  происходит та или иная потеря  промывочной жидкости. Эти потери  должны своевременно восполняться.

       Если бурение ведется по устойчивым  породам, то для промывки скважины  применяется вода. При бурении  в недостаточно устойчивых породах  очистку забоя скважины ведут  глинистым или другим раствором,  газожидкостными смесями и др., которые укрепляют малоустойчивые  стенки скважины. При бурении  в относительно безводных скважинах,  а также в мерзлых породах  с успехом может применяться  продувка забоя сжатым воздухом  или газом.

       После того как колонковая  труба наполнится керном, приступают  к подъему инструмента на поверхность.  При бурении в твёрдых и  абразивных породах иногда приходится  прекращать бурение и приступать  к подъему инструмента из-за  значительного снижения механической  скорости бурения вследствие  затупления резцов коронки. При  бурении в трещиноватых породах  часто производят подъём инструмента  вследствие самозакаливания керна  в колонковом снаряде, а также  снижения скорости бурения. Перед  началом подъёма керн должен  быть надёжно заклинен в нижней  части колонкового снаряда и  отделен от массива горной  породы. После заклинивания керна  насос выключают и буровой  снаряд при помощи лебёдки  16, талевого каната 12, кронблока 13, талевого блока 11с крюком и  элеватором поднимают на поверхность,  развинчивая колонну бурильных  труб на отдельные свечи. Длина  свечей определяется высотой  буровой вышки и глубиной скважины. Свеча свинчивается из двух  или трёх, а иногда и из четырёх  бурильных труб. Длина свечи обычно  на 3-6 м меньше высоты вышки. Свечи устанавливаются на подсвечник. Массу поднимаемой колонны можно определять с помощью индикатора 24.

       После подъёма колонкового набора  на поверхность коронку отвинчивают,  керн осторожно извлекают из  колонковой трубы, инструмент  вновь собирают, опускают в скважину, и бурение продолжается. При каждом  подъёме коронку осматривают  и в случае её износа заменяют  исправной.

       Керн промывают, очищают от  глинистой корки, замеряют его  длину и укладывают в последовательном  порядке в керновые ящики, отмечая  глубину скважины, с которой он  поднят, и процент его извлечения.

       Если скважина пересекает неустойчивые  породы, которые обваливаются или  выпучиваются даже при применении  специальных промывочных растворов,  в нее опускают колонну обсадных  труб, перекрывая неустойчивые породы, после чего продолжают бурение  скважины породоразрушающим инструментом  меньшего размера. Через 50-100 м углубления измеряют угол наклона и направление (азимут) скважины. После того как скважина пересечёт полезное ископаемое и войдёт в пустые породы, бурение прекращают, инструмент поднимают и разбирают. В скважине производят геофизические исследования, измеряют кривизну, температуру, глубину скважины, после чего производят её ликвидационное тампонирование или консервацию.

       Основным оборудованием, участвующим  в сооружении скважины, являются  буровые станки, агрегаты и установки.

       С целью сокращения номенклатуры, упорядочения проектирования и  эксплуатации буровых станков  и установок их типоразмеры  и основные параметры в основном  определены соответствующими государственными  стандартами.

       В настоящее время стандартизированы  типы и основные параметры  станков и установок с лебёдочным  подъёмом для бурения на твёрдые  полезные ископаемые (ГОСТ 29233-91) и  для бурения гидрогеологических  скважин (ГОСТ 2445-80).

       Станки и установки для бурения  на твёрдые полезные ископаемые  выпускаются в стационарном, передвижном,  самоходном и переносном варианте.

       Установки для бурения гидрогеологических  скважин - в передвижном и преимущественно  в самоходном варианте. 
 

     Станок  СБШ-250 МНА-32 

     Электрический буровой станок. Предназначен для  бурения технологических взрывных скважин в породах крепостью 6-18ед. по шкале профессора Протодъяконова на открытых горных работах. Станок состоит  из гусеничного хода и машинного  отделения со смонтированными на нем кабиной машиниста и мачтой.

     Гусеничный  ход бурового станка состоит из двух независимых тележек, соедененных  осями с приводом на каждую тележку. Заенья, колеса и катки отлиты из высоколегинованной стали с термической  обработкой по специальной технологии. Натяжение гусениц осуществляется гидроцилиндром двустороннего действия. Наклонная поверхность рамы и  установка поддерживающих роликов  на консольной оси исключают их зашламовывание и налипание грунта при работе во влажных условиях. В подшипниковых  узлах гусеничного хода применены  подшипники, заполненные смазкой  на весь срок службы.

     Машинное  отделение станка представляет собой  сварную конструкцию, обшитую металлическим  листом. Внутри размещается:

• компрессорная установка;
• маслостанция, основными рабочими элементами которой являются: главный насос с регулируемой производительностью, который обеспечивает  создание заданного усилия на буровой став и выполнение других операций; вспомогательный насос - обеспечивает быстрый спуск и подъем бурового става при наращивании или его разборке;
• приводы вращателя и хода, электрические шкафы и другое оборудование.

       Два частотных преобразователя  SchneiderElektric обеспечивают управление  асинхронными электродвигателями  хода при передвижении станка. В процессе бурения преобразователи  переключаются на управление  асинхронными электродвигателями  вращателя и гидронасоса. В  качестве опций станок может  быть оснащен системой сухого  пылеподавления, состоящей из пылеотсадительной  камеры, циклонов грубой очистки,  фильтров тонкой очистки и  отсасывающего вентилятора.

     Кабина  бурового станка сварная, цельнометаллическая. Изготавливается с утепленными  стенами, потолком и полом, создает  комфортные условия для обслуживающего персонала.

       Для снижения вибрации при  бурении крепких пород кабина  может устанавливаться на домкратах  и отделяться от машинного  отделения.

     Для машиниста установлено регулируемое по высоте виброзащищенное кресло, для управления процессом бурения  и контроля работы основеых узлов  бурового станка удобно расположены  пульты с индикацией парамотров бурения  и состояния работающего оборудования.

       Двери с надежными замками  и уплотнениями обеспечивают  герметичность, а кондиционер,  подавая очищенный воздух, создает  избыточное давление. При минусовых  температурах включается обогреватель. Удобно расположеные окна обеспечивают  машинисту хороший обзор работающих  механизмов.

     Каркас  мачты СБШ 250 крепится на опорах через  подшипники скольжения. Установка мачты  в рабочее или транспортное положение  осуществляется двумя гидроцилиндрами.  Закрепление ее в рабочее положение  производится двумя фиксаторами. 

     Экскаватор типа фрезерный и драглайн 
 
 

     Драгла́йн (англ. dragline) — одноковшовый экскаватор с гибкой канатной связью стрелы и  ковша. Длина стрелы достигает 100 м, вместимость ковша — 168 м³. Оборудуется, как правило, шагающим ходом, но ранее  широко выпускались и на гусеничном шасси. Применяется на карьерах, в  гидротехническом и мелиоративном  строительстве.

     Гибкая  подвеска ковша и легкая решётчатая стрела драглайна обеспечивает наибольший радиус, наибольшую глубину копания, а также наибольшую высоту выгрузки по сравнению с другими видами рабочего оборудования экскаваторов. Кроме того, драглайны обладают высокой  производительностью. Однако гибкая подвеска ковша не обеспечивает достаточной  точности копания и выгрузки. Перемещение  грунта в транспортные средства драглайнами  затруднительно. Поэтому выгрузка грунта или полезных ископаемых производится в отвал — откуда перегружается  в транспортные средства экскаваторами  типа мехлопата или погрузчиками.

     Ковш  драглайна подвешивается на цепях  к подъемному и тяговому канатам.

     Подъёмным канатом осуществляется вертикальное перемещение (подъём ковша). Тяговым  канатом осуществляется подтягивания ковша к машине. При этом происходит подрезка грунта и наполнение ковша.

     При одновременном натяжении тягового и подъёмного канатов увеличивается  расстояние между соединительным звеном и опрокидным блоком, что вызывает натяжение разгрузочного каната, и соответственно — подъёмом передней части ковша. В таком положении  ковш, наполненный грунтом поднимают  из забоя и переносят (за счёт поворота платформы экскаватора) к месту  разгрузки.

     Для разгрузки ковша тяговый канат  ослабляют. При этом ослабляется  и разгрузочный канат. В результате ковш опрокидывается и грунт высыпается из него.

     Драглайн  способен обеспечить высокое усилие копания, при условии, что в начале хода ковш заглубится в грунт (ковш заглубляется в грунт только за счет собственной массы). Поэтому при  работе на твёрдых грунтах в зоне заглубления ковша грунт разрыхляют (например, клиновым рыхлителем, входящим в комплект некоторых драглайнов, или взрывными работами) и применяют  сменные ковши меньшего объема (из-за большей насыпной плотности пород  более крепких пород).

     В прошлом драглайны имели широкое  распространение во всех классах  и размерных группах строительных и карьерных одноковшовых экскаваторов. В настоящее время, ввиду широкого распространения гидравлических экскаваторов, драглайны представлены только в  тяжелом классе экскаваторов, как  правило — карьерных.

     Самый большой в мире драглайн Биг Маски c объёмом ковша 168 м³ был построен в США в 1969 году 
 

     Преимущества  драглайнов перед  экскаваторами типа  

• «механическая лопата»
• Более длинная и легкая стрела.
• Больший радиус черпания.
• Зачастую больший объем ковша (в некоторых моделях достигает 100 м³).

     Недостатки  драглайнов 

     Хотя  драглайны и способны создавать  большое усилие копания, но для этого  необходимо первоначальное заглубление  ковша, что при гибкой подвеске проблематично. Поэтому для разработки твердых  грунтов драглайнами возникает  необходимость в предварительном  рыхлении. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 

     1. Р.Ю. Подерни "Горные машины  и комплексы для открытых горных  работ"

     2. А.О. Спиваковский "Транспортные  машины и комплексы открытых  горных разработок"

     3. Н.В. Мельников "Краткий справочник  для открытых горных работ"

     4. Новиков А.А., Ястржембский И.Э., Благутин  Ю.Л. Перспективы развития сырьевой  базы металлургии России // Горный  журнал.–2002.- №7.

     5. Покалов В.Т., Михайлов Б.К. Черные  металлы: состояние минерально-сырьевой  базы и перспективы ее развития // Руды и металлы.– 2002. - №3.

     6.Тигунов  Л.П., Карпухина М.В., Литвинцев Э.Г.  Геолого-экономическая оценка месторождений  руд России // Руды и металлы.-2000.-№6.

     7. Горный журнал. – 2003. - №11.

     8. И.Г. Штокмана "Проектирование  и конструирование транспортных  машин и комплексов"

     9. Справочник "Открытые горные работы"