CC BY
82
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ БУРОВЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ НАВОИЙСКОГО ГМК
у уавоийский ГМК включает несколько месторождений разИ личных полезных ископаемых, отрабатываемых открытым способом, самые крупные из них - золоторудные месторождения Мурунтау и Кокпатас.
Карьером Мурунтау разрабатывается массив скальных пород с коэффициентом крепости по М.М. Протодьяконову 7=7-12 и более (категория пород по шкале ЦБНТ - УШ-Х1У). Годовой объём бурения составляет около 1,0 млн. п.м., что требует совершенствования техники и технологии буровзрывных работ с учётом усложняющихся горно-геологических условий.
Бурение взрывных скважин на карьере осуществляется станками СБШ-250МНА-32, конструктивное исполнение которых остается практически неизменным с начала их серийного производства. Поэтому предприятия, использующие данные станки, изыскивают резервы повышения их производительности путём усовершенствования конструктивных и технологических параметров применительно к конкретным условиям эксплуатации.
Проведённая на НГМК модернизация гидросистемы привода маслостанции позволила обеспечить значительное повышение производительности бурения за счёт увеличения осевого усилия и практически вдвое скорости спуско-подъёмных операций при наращивании и разборке бурового става. Г одовая производительность на станок составляет 43,0-45,0 тыс. п.м., среднемесячная - 4,0-4,5 тыс. п.м.
Высота уступов на карьере составляет 10 м (40%) и 15 м (60%). Станки СБШ-250МНА-32 по своим конструктивным параметрам не обеспечивают бурение скважин глубиной более 8 м без дополнительного наращивания штанг. Большинство базовых моделей зарубежных станков по требованию заказчика могут комплектоваться различными мачтами в зависимости от требуемой глубины бурения, в том числе и мачтами для бурения скважин до 20 м за один проход без наращивания (станки фирмы "Ингерсол-Рэнд", "Бюсайрус-Ири" и др.) [1]. Эффект при бурении одной штангой на всю высоту уступа без наращивания достигается за счёт сокращения времени на
вспомогательные операции, а также увеличения стойкости долота в результате непрерывной продувки шарошек в течение всего цикла бурения и исключения попадания шлама в опоры долота.
С целью интенсификации процесса бурения на карьере модернизирована мачта станка СБШ-250МНА-32 с максимальным использованием унифицированных узлов для бурения скважин глубиной 12,0 м без наращивания. Кратность полиспастной системы станка увеличена с четырёх до шести путём установки дополнительных блоков при сохранении двух гидроцилиндров подачи и сепаратора на две штанги. Каркас мачты увеличен дополнительной надставкой на 6 м [2]. Эксплуатация станка в течение 8 лет подтвердила эффективность его применения при обуривании 10 и 15 метровых уступов. Среднегодовая производительность составляет 60-65 тыс. п.м., что на 25-30 % выше аналогичных показателей для серийных станков.
Параметры сетки скважин при бурении рудных блоков составляют 5,6х5,6 м. Сохранение постоянных значений сетки скважин вызвано принятой технологией эксплуатационного опробования рудных зон. Это обусловило необходимость взрывания рудных уступов скважинами уменьшенного диаметра (215,9 вместо 244,5 мм). В результате чего в массиве реализуются условия оптимальных соотношений элементов размещения заряда ВВ и, как следствие, повышается степень полезного использования энергии взрыва. Для обеспечения возможности бурения скважин долотами диаметром 215,9 мм на карьере переоборудовано несколько станков СБШ-250МНА-32. В этом случае серийные буровые штанги диаметром 203 мм заменяются на штанги диаметром 180 мм. Производительность бурения составляет 200-230 м в смену, проходка на долото 215,9ОК-ПВ - 220-250 п.м. в зависимости от крепости буримых пород. В результате промышленных испытаний установлено, что удельные затраты на буровзрывные работы ниже по сравнению с зарядами диаметром 244,5 мм. Однако эффект от использования данной технологии реализуется не полностью из-за низкой стойкости долот 215,9 мм, которая в отдельных случаях на 30-40 % ниже стойкости долот 244,5 мм.
Одной из актуальных проблем при разработке карьера, в связи ростом его глубины, является постановка бортов в предельное положение, исключающих его деформацию и оползневые явления при проведении массовых взрывов, которая производится сдвоен-
ными 15-метровыми уступами под углом 40-65°, что определяет необходимую глубину скважин до 50 м и более. Внедрение технологии заоткоски с использованием метода предварительного щеле-образования на карьере сдерживалось отсутствием серийно выпускаемых высокопроизводительных станков для бурения скважин диаметром 200-250 мм, глубиной свыше 40 м и углом наклона до 40° к горизонту. Данная проблема была решена путём проведённой на карьере реконструкции станков СБШ-250МНА-32 для бурения скважин щелевого экранирования диаметром 190,5 мм и глубиной до 48 м, которые находились в работе в течение нескольких лет [3].
В дальнейшем была разработана более совершенная конструкция станка СБШ-190/250-60, позволяющего бурить скважины диаметром 244,5 и 215,9 мм, глубиной до 60 м и углом наклона до 40° к горизонту. Станок полностью унифицирован с серийно выпускаемой моделью СБШ-250МНА-32, который может быть переоборудован путём изменения рабочей площадки и замены мачты. Мачта станка снабжена двумя сепараторами ёмкостью по 3 штанги диаметром 203 мм в каждом. Один расположен внутри мачты, другой - на её передней открытой грани. При необходимости в сепараторах могут быть размещены 8 штанг диаметром 180 мм для бурения скважин диаметром 215,9 мм. Основные технические параметры станка приведены в таблице. Сменная производительность при бурении скважин диаметром 244,5 мм и угле наклона 50-55° составляет 100-150 м/смену, а годовая - 25,0-30,0 тыс. п.м.
Одним из путей повышения эффективности буровых работ без существенного увеличения капитальных затрат является применение рациональных типов шарошечных долот в зависимости от категории пород. На карьере отрабатывается порядка Технические параметры станка СБШ-190/250-60
Наименование Ед. изм. Показатели
Диаметр бурения мм 215,9; 244,5
Глубина бурения диаметром 244,5 мм м 56
Длина штанги м 8
Осевое усилие кН 300
Крутящий момент кН-м 4,2
Частота вращения с-1 0-2,5
0; 0; 5; 2 ; 2 ; 3 ;
Угол наклона к вертикали град. 35; 40; 45
Производительность компрессора м3/с 0,53
Г абаритные размеры с поднятой мачтой: м
длина 11,0
ширина 5,45
высота 15,35
Масса станка т 75
3000 долот в год, затраты на их приобретение, учитывая их достаточно высокую стоимость (550-850 дол. за единицу), составляют не менее 2,0-2,5 млн. дол.
На карьере выполнен большой объём опытно-промыш-ленных испытаний шарошечных долот диаметром 244,5 мм различных модификаций заводов стран СНГ с целью оценки эффективности их применения при бурении пород различной крепости. Испытывались долота производства ОАО "Уралбурмаш", ЗАО "Сталь-Трест", АО "Востокмашзавод", ВНИИБТ, АО "Белгормаш", ОАО "Волга-бурмаш". Анализ данных свидетельствует, что лучшие показатели во всём диапазоне буримых пород имеют долота 244,5 ОК-ПВ производства ОАО "Уралбурмаш" и ЗАО "Сталь-Трест".
Проведены также промышленные испытания опытной партии долот 250,8 ТКЗ-ПВ производства ОАО "Уралбурмаш", результаты которых подтвердили эффективность их применения по сравнению с долотами 244,5 ОК-ПВ. Средневзвешенная проходка на долото составила 805 п.м., что в 2,6 раза выше долот ОАО "Уралбурмаш" и в 2,9 раза - долот ЗАО "Сталь-Трест".
Испытывались долота с боковой продувкой производства АО "Белгормаш" (г. Белгород) и ОАО "Волгабурмаш" (г. Самара). Результаты испытаний показали, что стойкость долот ОАО "Волга-бурмаш" 244,5 ОК-ПВГ^191 и 244,5 ОК-ПВГ^28М, в среднем до 25 % выше в зависимости от крепости пород долот ОАО "Уралбурмаш", что объясняется не столько системой продувки (боковой), сколько технологией и качеством их изготовления. На данном заводе используется современное зарубежное оборудование и технология, оснастка и система контроля качества продукции, в связи с чем и их стоимость выше по сравнению с долотами других производителей. В то же время, следует отметить, что стойкость долот с боковой продувкой производства АО "Белгормаш" на 25-50 % ниже аналогичных долот ОАО "Волгабурмаш" и на 25 % - долот ОАО "Уралбурмаш".
Удельные затраты на долота, исходя из их стоимости и стойкости, меньше для долот ОАО "Уралбурмаш" и ЗАО "Сталь-Трест". В то же время разброс значений удельных затрат на долота среди всех производителей составляет 10-12 %, а меньшая проходка на долото компенсируется более низкими ценами. Только для долот 250,8 ТКЗ-ПВ, стойкость которых значительно выше, удельные затраты меньше в 2,5-3,0 раза и составляют 0,75-0,9 дол/п.м.
Эффективность работы станка во многом определяется работоспособностью бурового става и долота. В процессе эксплуатации они подвергаются значительным динамическим нагрузкам и интенсивному абразивному износу, следствием чего является снижение проходки на долото и срока службы штанг. Одним из способов, способствующих повышению износостойкости шарошечных долот и производительности бурения, является применение различных технических и технологических дополнительных устройств (маслоотражательных втулок, обратных клапанов, систем принудительной смазки опор долота, стабилизаторов, влагоотделителей и
др.).
С целью повышения стойкости долот и штанг и интенсификации процесса бурения в условиях карьера Мурунтау проведены опытно-промышленные испытания лопастных наддолотных стабилизаторов при бурении взрывных скважин глубиной 12-18 м в различных породах. Выполненные по наружному диаметру в размер долота и обладающие высокой сопротивляемостью истиранию, они замедляют износ козырьков лап долота, а также низа буровых штанг. Испытания показали, что при бурении со стабилизатором средняя проходка на долото
Рис. 3. Универсальная буровая штанга для станка СБШ-250МНА-32.
1 - гильза; 2 - ниппель; 3 - муфта; 4 - присоединительная резьба Сп 165x10x1:6.
увеличилась на 12,5 %, а срок службы нижней штанги - до 30 %. В целом применение стабилизаторов приводит к снижению динамических нагрузок, вибраций бурового става и станка [4].
В процессе многолетней эксплуатации станков СБШ-250МН была определена оптимальная конструкция бурового става из четырех штанг при глубине бурения 32 м: тяжелой, утяжеленной и двух легких, изготавливаемых из бурильной трубы диаметром 203 мм с толщиной стенки 50, 38 и 30 мм, которые по мере износа меняются местами. При промышленных испытаниях штанг на карьере установлена нецелесообразность применения штанг легких, т.к. стоимости утяжеленных и лёгких штанг отличаются незначительно, а стойкость утяжеленной штанги в среднем на 45 % выше стойкости штанги легкой. Поэтому в настоящее время разработан универсальный буровой став, состоящий из утяжеленных штанг, что позволило значительно упростить его конструкцию, использовать однотипные взаимозаменяемые концевые элементы (ниппели и муфты) для всех штанг, уменьшить номенклатуру запасных частей (см. рисунок).
Золоторудное месторождение Кокпатас представлено породами, состоящими из известняков, переслаивающихся песчаников, алевролитов и сланцев с локальными маломощными участками расположения рудных тел. Категория пород по шкале ЦБНТ составляет 1Х-ХУ. С целью полноты оконтуривания рудного массива и представительности пробоотбора на карьерах применяются рудные уступы высотой 5 м с сеткой скважин 3,5х3,5 м и диаметром бурения 100^160 мм. Высота вскрышных уступов 10 м. Годовой объём бурения составляет более 1,0 млн. п.м., из которых более 80 % - по руде.
Бурение вскрышных уступов на карьерах месторождения выполняется шарошечными станками СБШ-250МНА-32, а рудных -станками ударно-вращательного бурения СБУ-125. Отработка месторождения Кокпатас осуществляется группой небольших по мощности карьеров, на многих из которых отсутствует система электроснабжения, что затрудняет использование станков СБУ-125, оснащённых электроприводом и передвижным компрессором. В 1999 г. на карьерах месторождения введены в эксплуатацию 9 станков ударно-вращатель-ного бурения ROC-860НС с дизельным приводом фирмы Атлас-Копко (Швеция). Небольшие габариты
станка обеспечивают ему достаточную для стеснённых условий маневренность и возможность эксплуатации на небольших рабочих площадках в условиях, где отсутствует система электроснабжения для бурения скважин под различными углами (0-55° к вертикали). Установки укомплектованы буровыми штангами диаметром 89 мм, диаметр долота 152 мм.
Результаты эксплуатации станков ROC-860НС подтвердили их эффективность при бурении скважин на рудных 5-метровых уступах. Производительность, как сменная (155 п.м.), так и месячная (7500 п.м.), в 2 раза выше по сравнению со станками СБУ-125 (соответственно 85 п.м. и 3300 п.м.). Себестоимость бурения составила 4,5 дол/п.м., что более чем в 2 раза ниже себестоимости бурения станком СБУ-125 (12,0 дол/п.м.). В настоящее время более 70 % всего объема буровых работ на рудных уступах осуществляется станками ROC-860НС. Данные испытаний станка ROC-860НС показали, что наибольший эффект достигается при бурении монолитных крепких пород и при глубине скважины не более 6,5 м. При бурении пород трещиноватых, склонных к обрушению (что наиболее характерно для вскрышных уступов) наблюдается осыпание стенок скважины, приводящее к заклиниванию и потере бурового става и снижению производительности. Это особенно характерно при бурении наклонных скважин глубиной более 10 м.
Комплекс разработанных и внедрённых мероприятий по совершенствованию технологии буровых работ применительно к условиям предприятия позволил повысить производительность бурения и снизить его себестоимость. Данные технические решения могут быть использованы и другими горнодобывающими предприятиями, осуществляющими добычу полезных ископаемых открытым способом.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Щадов М.И., Виницкий К.Е., Бабарика С.Д. Буровая техника в ближайшей перспективе. Горный журнал. 1996, №11-12.
2. Журавлёв В.Г., Шлыков А.Г., Вахрушев Ю.П., Павлов Н.А. Интенсификация процесса бурения взрывных скважин станками СБШ-250МНА. Сб. статей "Теория и практика разработки месторождения Мурунтау открытым способом". Изд. "ФАН", Ташкент, 1997.
3. Мосинец В.Н., Лукьянов А.Н., Фещенко А.А., Шлыков А.Г. и др. Совершенствование техники и технологии постановки бортов карьеров в предельное положение. Горный журнал, 1983, №1.
4. Рубцов С.К., Шлыков А.Г., Мальгин О.Н. и др. Опыт применения наддолотных стабилизаторов при бурении взрывных скважин станками СБШ-250МН-32 на карьере Мурунтау. Горный журнал, №5, 2001, с. 73-75.
— Коротко об авторах -----------------------------
Рубцов С.К.; Шлыков А.Г. - ВНИПИпромтехнологии, Мальгин О.Н.; Зинько Н.А.; Филь В.И. - Навоийский ГМК.
------------------------------------------ © В.А. Кузнецов
В.А. Кузнецов
ОБОБЩЕННАЯ ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА СЕБЕСТОИМОСТИ БУРЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН И ШПУРОВ
А нализ затрат на буровзрывные работы, выполняемые на земной поверхности в карьерах и на горно-строительных
