CC BY
97
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ “НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97"
МОСКВА, МГГУ, 3.02. 97 — 7.02. 97 СЕМИНАР 2 “РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ"
А.Н. Лукьянов, А.Г. Шлыков,
С.К. Рубцов, В.Г. Журавлев
ВНИПИпромтехнологии
Г.А. Прохоренко, П.А. Шеметов
Навоийский горный комбинат
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН НА КАРЬЕРЕ “МУРУНТАУ”
В настоящее время высота уступов на карьере Мурунтау составляет 10 и 15 м. Порядка 40% рудных уступов имеет высоту 10 м и 60% - уступы высотой 15 м.
Находящиеся в эксплуатации станки СБШ-250МНА-32 в силу своих конструктивных особенностей не позволяют бурить скважины глубиной более 8 м без дополнительного наращивания штанг.
В тоже время анализ опыта эксплуатации станков зарубежных фирм показывает, что для них характерной особенностью является широкая унификация и многовариантность исполнения для различных условий. По требованию заказчика базовая модель может комплектоваться различными мачтами с кассетой штанг в зависимости от требуемой глубины бурения.
В частности, достаточно широко используется комплектование станков мачтами, позволяющими бурить скважины глубиной до 20 м за один проход без наращивания (станки фирмы “Ингерсолл-Рэнд”, “Бюсайрус-Ири” и др.). Эффект при бурении одной штангой на всю высоту уступа без наращивания достигается за счет сокращения времени на вспомогательные операции (наращивание и разборка бурового става), а также увеличения стойкости долота в результате непрерывной продувки шарошек в течение всего цикла бурения и исключения попадания шлама в опоры долота. При этом наибольшая эффективность достигается в легкобуримых породах, где удельный вес вспомогательных
операций больше, чем в породах крепких.
В настоящее время в России и странах СНГ выпускаются высокопроизводительные шарошечные станки, позволяющие обуривать 10-ти метровые уступы одной штангой. В связи с этим, с целью интенсификации процесса бурения и увеличения производительности, осуществлена модернизация мачты серийного станка СБШ-250МНА-32 для бурения на глубину 12,5 м без наращивания штанг.
Рассмотрены два возможных варианта реконструкции мачты:
1. Установка двух дополнительных цилиндров подачи серийного изготовления на место, занимаемое сепаратором и его исключение из мачты. При последовательной запасовке канатов по бокам на каждой стороне мачты можно получить удвоенную величину хода подачи, т.е. 16 м.
2. Увеличение кратности поли-спасной системы серийного станка с 4-х до 6 за счет введения дополнительных блоков при сохранении двух гидроцилиндров подачи и сепаратора.
Критерием выбора оптимального варианта модернизации мачты являлась возможность ее реконструкции в условиях ремонтного цеха карьера с наименьшими затратами и максимальном использовании унифицированных узлов станка. В результате проведенной оценки, модернизация мачты осуществлена по второму варианту, как наиболее простому. Сохранение в этом случае сепаратора по-
зволит расширить область применения станка и обуривать 15-ти и 30-ти метровые уступы с использованием двух и трех штанг длиной 12,5 м соответственно. В первом варианте такая возможность исключена из-за недостаточной длины бурового става и хода подачи спаренных гидроцилиндров.
Ограничивающими условиями длины мачты являются: силовые возможности гидроцилиндров подъема мачты, прочность металлоконструкций каркаса, устойчивость станка на 10-ти градусном уклоне при его передвижении. Проведенные расчеты нескольких вариантов по ограничивающим условиям показали, что оптимальным является вариант с глубиной бурения 12,5 м (т.е. 10-ти метровых уступов), при котором каркас мачты увеличивается надставкой длиной 6 м и ее подъем происходит при давлении в гидросистеме 150 кгс/см2.
В связи с удлинением мачты внесены изменения в конструкцию сепаратора, в котором могут быть установлены две штанги по 12 м вместо трех по 8 м; увеличена длина канатов; усилен каркас мачты в местах ее поворота при заваливании, а также другие изменения, обеспечивающие прочность металлоконструкции и надежность работы станка.
При обуривании 10-ти метрового уступа используется одна тяжелая 14-ти метровая штанга, соединенная с вращателем и состоящая из 8-ми метровой стандартной штанги и дополнительной 6-ти метровой. Для обуривания 15-ти метрового уступа используются две штанги при одном наращивании вместо двух наращиваний при 8-метровых штангах на серийном станке. В этом случае одна штанга длиной 12 м находится на сепараторе, а другая 10-ти метровая - соединена с вращателем. При использовании трех штанг вместо четырех в серийном станке возможно обуривание 30-ти метровых уступов.
Сравнительная характеристика серийного станка и с модернизированной мачтой представлена в таблице 1.
1" Наименование параметров Станок серий- ный СБШ- 250МНА -32 Станок с удлиненной мачтой СБ111-250МНА -У
1 2 3 4
1. Диаметр скважины, мм 250
2. Глубина бурения, м 32 36
3. Количество штанг, шт. 4 3
4. Глубина бурения без наращивания штанг, м 8,0 12,0
5. Усилие подачи, кН 0—300
6. Скорость подачи долота при бурении, с/час 0—60
7. Ход подачи, м 8,0 12,0
8. Частота вращения бурового станка, мин 1 0—150
9. Производительность компрессора, м3/мин 32
10. Давление сжатого воздуха, МПпа 0,68
11. Скорость передвижения станка, км/час 0,773
12. Наибольший угол подъема с опущенной мачтой при передвижении, |рад. 10
13. Удельное давление гу сениц на грунт, кг/см2 1,276 1,412
14. Удельное давление плнг домкратов на грунт, кг/см2 10,04 11,11
15. Габаритные размеры, м:
с поднятой мачтой
длина 9,2
ширина 5,45
высота 15,35 | 22,0
с опущенной мачтой
дтина 15,0 | 21,0
ширина 5,45
высота 65
I ,6- Масса станка 75,0 83,0
Рис. 1. Модернизированный станок СБШ-250МНЛ - У с удлиненной мачтой
Станок, оборудованный модернизированной удлиненной мачтой, введен в эксплуатацию в августе 1995 года. За истекший период станков на уступах высотой 10 и 15 м в породах с категорией по буримости Х1-Х1У пробурено более 80,0 тыс.п.м скважин.
Общий вид станка с модернизированной удлиненной мачтой представлен на рис. 1.
Сравнительные показатели работы серийного станка и с удлиненной мачтой представлены в таблице 2.
Таблица 2 Сравнительные показатели работы буровых станков
Месяцы Прокюо.ртгс. п.-нос гь, II.м. Категория пород по буримости Высота уступа, м
>• я ^ о X £■ 2 £ Я ? гч Си о 2 N .—. ич 15 <• 2 2 р. 41 Ь г| '—
Август 4720 44Ш ХН-ХШ 10
(1995 год)
Сентябрь 5065 3920 ХИ-ХШ 10
Октябрь 6535 4902 XII 15
Ноябрь 7095 5300 хи-хш 15
Декабрь 8075 5970 ХП-ХШ 15
Январь 5245 4100 хи-хш 10
(1996 год)
Февраль 6070 4430 ХП-ХШ 15
Март 5495 3920 ХШ-Х1У 10
Апрель 6730 4915 ХШ-Х1У 10
Май 5765 4150 ХШ-Х1У 10
Июнь 8305 5800 Х1-ХШ 15
Июль 8525 5510 XI-XIII 15
Август 3415 6300 Х1-ХП1 15
Среднемесяч- 6618 4893 I
ная произво-
дительность.
п.м.
Годовой объ- 77625 57317
ем бурения,
п м,(август
1995г.- июль
1996 г.)
Как видно из таблицы, применение станка с удлиненной мачтой позволило увеличить сменную производительность и, как следствие, годовой объем бурения в среднем на 35%. Прирост объемов бурения достигается за счет сокращения времени на вспомогательные операции, в основном при наращивании и разборке бурового става.
Определенные в результате хронометрических наблюдений затраты времени на вспомогательные операции при бурении скважин на глубину 16 м станком с удлиненной мачтой и серийным, представлены в таблице 3.
Наименование операции Станки
СБШ-250МНА-У СБШ-250МНА-32
мин мин/м мин мнн/м
Г оризонтирование 0,73 0,046 0,53 0,033
Наращивание става 2,12 0,133 3,53 0,22
Разборка става 3,94 0,246 5,01 0,313
Переезд 0,55 0,034 0,58 0,036
ИТОГО: 7,34 0,459 9,65 0,603
Механическая скорость бурения составила 46 м/час и 43,4 м/час, а среднесменная производительность соответственно 290 п.м / смену и 215 п.м. / смену (смена - 12 час.).
Результаты опытно-промышленной эксплуатации станка с модернизированной удлиненной мачтой подтвердили эффективность его применения при бурении скважин на уступах высотой 10 и 15 м.
Учитывая положительный опыт эксплуатации станка с модернизированной удлиненной мачтой, целесообразно увеличить их количество для обеспечения возрастающих объемов обуриваемой и взрываемой горной массы.
Переход на бурение взрывных скважин долотами диаметром 215,9 мм является в условиях современного состояния БВР на карьере одним из возможных путей интенсификации взрывного воздействия на разрушение рудных и 10-метровых породных уступов. В этом случае при существующих значениях удельных расходов ВВ реализуется возможность оптимальных соотношений элементов размещения зарядов ВВ по длине скважины, обеспечивается высокоскоростной режим нагружения трещиноватых пород карьера с уменьшением длины взрывной волны. Отмеченные факторы способствуют разрушению пород в наиболее рациональном энергетическом режиме и, как следствие, улучшению качества дробления. Одним из путей повышения эффективности буровых ра-
бот на карьере является выбор рациональных типов шарошечных долот в соответствии с механическими свойствами горных пород, причем улучшение показателей бурения таким путем достигается без каких-либо дополнительных капитальных вложений.
С целью определения эффективности применения долот типа 215,9 ОК-ПВ ПО “Волгабурмаш” (г. Самара) и 215,9 К-ПВ и ОК-ПВ ПО “Уралбурмаш” (г. Верхние Серьги) на карьере проведены промышленные испытания при бурении пород различной крепости.
Для осуществления работ использовались находящиеся в эксплуатации на карьере станки СБШ-250МНА с некоторыми изменениями конструкции сепаратора и бурового става. Буровые штанги изготовлены из трубы 0 203 мм, которая протачивалась до диаметра 190 мм. Для бурения взрывных скважин долотами
215,9 мм было переоборудовано 3 станка.
Испытания проводились по специально разработанной методике. Режимные параметры бурения составили: Рос -180 н- 200 кН, п= 80 - 110 мин1, расход воздуха 25,0 м3/мин. В процессе бурения фиксировались проходка на долото и механическая скорость бурения.
В процессе испытаний каждое долото отрабатывалось до явных признаков выхода из строя, основными из которых являются:
- заклинивание опор шарошек с образованием на шарошках площадок износа (“лысок”), что, как правило, сопровождается сильной вибрацией, неравномерным вращением инструмента, а также резким снижением механической скорости бурения:,
- появление больших осевых и радиальных люфтов в опорах шарошек, приводящих к зацеплению шарошек между собой;
- износ козырьков лап с выпадением тел качения из опор шарошек на забой;
- опоры хотя бы одной из шарошек изношены так, что тела качения видны более чем на половину их диаметра;
- более 60% штырей на шарошках непригодны для работы (износ или скол зубков).
При наличии любого из признаков долото непригодно для дальнейшего бурения скважин.
В течение двух месяцев (июль-август) в общей сложности отработано 138 долот в породах Х1-ХШ категории по буримости, из них 29 долот типа 215,9 ОК-ПВ производства ПО “Волгабур-маш”, 68 долот типа 215,9 ОК-ПВ и 41 долото типа 215,9 К-ПВ производства ПО “Уралбурмаш”.
Некоторые из долот показали низкую стойкость, составляющую от 20 до 80 м; основными причинами выхода из строя являлось заклинивание опор и скол и выпадение большинства зубков, что связано с низким качеством изготовления и явным заводским браком.
В результате испытаний долот установлено, что одной из причин снижения проходки является недостаточная очистка забоя скважины от шлама. Одним из основных требований к расходу продувочного агента является обеспечение скорости восходящего потока в за-трубном пространстве, при которой достигается удовлетворительная очистка ствола скважины. В зависимости от плотности буримых пород скорость восходящего потока должна быть в пределах
17-35 м/с. При бурении долотами диаметром 215,9 мм при принятом диаметре штанги 190 мм величина затрубного пространства оказывается недостаточной для интенсивного выноса шлама с забоя скважины. Из-за малого затрубного пространства происходит зашламовывание скважины, что соответственно приводит к образованию “сальника” и затиранию штанги и падению скорости бурения. В связи с этим процесс бурения из стадии разрушения переход в стадию измельчения. Значительные затраты времени падают на проработку скважины (особенно при бурении первой штангой) и формирование устойчивого ствола скважины. При подъеме штанги для визуального осмотра состояния долота был виден интенсивный износ спинки и козырьков лап при практически неизменном вооружении. Применение штанги 0 190 мм приводило к ее интенсивному износу по наружному диаметру. Замена первой штанги осуществлена через 3000 п.м. бурения из-за полного износа лысок, которые неоднократно приходилось наплавлять в процессе работы, и наружной поверхности, между тем как износостойкость штанги 0 203 мм составляет 10,0
тысм.п.м и более в зависимости от крепости буримых пород.
Поэтому в дальнейшем при использовании долот 0 215,9 мм рекомендуется применять штанги 0 180 мм, изготавливаемые из труб данного диаметра, которая, как показала многолетняя практика бурения станком 2СБШ-200 долотами 0 215,9 мм является наиболее предпочтительной.
Анализ отработки долот на трех станках показал, что при бурении практически одинаковых пород (категория буримости ХП-ХШ) проходка на долото одного и того же типоразмера различна, что можно, на наш взгляд, объяснить опытом и квалификацией машиниста.
Сравнительные показатели проходки на долото и механической скорости бурения приведены в таблице 4.
Показатели Завод-изготовитель
ПО “Уралбурмаш” ПО “Волгабурмаш”
215,9 ОК-ПВ 215,9 К-ПВ 215,9 ОК-ПВ
Количество отработан- 52 36 24
ных долот, шт 227 226 202
Проходка на долото, п.м Механическая скорость бурения, м/ч 29,8 35,2 30,7
Визуальный осмотр отработанных долот показал, что большинство из них (более 70%) вышло из строя по причине износа козырьков лап и опор с обнажением тел качения и их выпадением, а также заклинивания опор шарошек. В меньшей степени наблюдался скол и выпадение зубков.
На основании данных отработки долот можно заключить, что наибольшую проходку имеют долота ПО “Уралбурмаш”, причем стойкость долот типа ОК и К практически одинакова, при большей на 18% механической скорости бурения долот типа “К”. Наименьшую стойкость имеют долота ПО “Волга-бурмаш”(г. Самара), при этом их стоимость по сравнению с долотами ПО “Уралбурмаш” (г. Верхние Серьги) значительно выше.
Как показала многолетняя практика бурения взрывных скважин на карьере долотами 244,5-ОК-ПВ в породах раз-
Таб наш л личной крепости наибольшую стойкость имели долота производства ПО “Уралбурмаш” - 435 м, наименьшую - долота Дрогобычского до-лотного завода (Украина) - 150 м.
Оценка эффективности применения долот 0 215,9 мм по сравнению с долотами 0 244,5 мм представлена в таблице 5.
Анализ полученных данных показывает, что с точки зрения удельных стоимостных затрат на шарошечные долота бурение в условиях карьера рудных и 10-метровых породных уступов долотами диаметром 215,9 мм предпочтительнее по сравнению с долотами 0 244,5 мм, среднее обощенное значение проходки которых по всем долотам различных заводов составляет (по данным предприятия) 316 м. При этом наибольший эффект может быть получен с использованием долот 215,9 К-ПВ, при бурении которыми механическая скорость выше в среднем на 16 % по сравнению с долотами типа 215,9 ОК-ПВ. Долота производства ПО “Волгабурмаш” невыгодны для применения, т.к. проходка на долото у них меньше, а стоимость долота значительно выше. Однако сравнение долот диаметром 215,9 и 244,5 мм одного завода изготовителя, в частности ПО “Урал-
Таблица 5
Г Показатели Тип долота
215,9 ОК-ПВ 215,9 ОК-ПВ 215,9 К-ПВ 244,5 ОК-ГІВ
1 ПО
“Волгабурмаш”
ПО “Уралмаш”
Проходка на долото, ус- 212 241 239 316; 435*
редненная, п.м
Стоимость долота, долл 1360 770 685 1100
Механическая скорость бу- 30,7 29,8 35,2 43,4
рения, м\ч
Удельные затраты по 6,3 3,19 2,87 3,48; 2,52-
стоимости долот, долл\м
* Долото производства ПО ‘ ‘Уралбурмаш”
бурмаш”, подтверждает, что использование долот 244,5 ОК-ПВ наиболее эффективно при обуривании породных уступов высотой Ну = 15 м, т.к. максимальная проходка на долото 0 244,5 мм по данным испытаний составила 435 п.м, а механическая скорость бурения в среднем на 25-30% выше.
1. Применение станка СБШ-250МНА-У с модернизированной удлиненной мачтой при бурении скважин на уступах высотой 10 и 15 м позволило увеличить сменную производительность до 30% по сравнению с серийным станком СБШ-250МНА-32.
2. В случае применения модернизированных станков СБШ-250МНА-У представляется возможным за счет увеличения сменной производительности бурения и, как следствие, годовой увеличить объемы обуренной и взорванной горной массы без существенного роста существующего парка буровых станков. В связи с этим целесообразно увеличить количество станков, оборудованных модернизированной удлиненной мачтой.
3. Одним из путей повышения эффективности буровых работ на карьере является выбор рациональных типов и диаметров шарошечных долот в соответствии с механическими свойствами горных пород и высотой разрабатываемого уступа. Переход на бурение взрывных скважин диаметром 215,9 мм является в
условиях современного состояния БВР на карьере одним из возможных путей интенсификации взрывного воздействия на разрушение рудных и 10-метровых породных уступов.
4. Анализ экспериментальных данных показал, что с точки зрения удельных стоимостных затрат на шарошечные долота бурение в условиях карьера рудных 10-метровых породных уступов долотами диаметром 215,9 мм предпочтительнее по сравнению с долотами диаметром 244,5 мм, среднее обобщенное значение проходки которых по всем долотам различных заводов поставщиков составляет (по данным предприятия) 315 м. При этом наибольший эффект может быть получен с использованием долот
215,9 К-ПВ, при бурении которыми механическая скорость выше в среднем на 16% по сравнению с долотами типа 215,9 ОК-ПВ.
Долота производства ПО “Волгабурмаш” нецелесообразны для применения на карьере, т.к. проходка на долото у них меньше, а стоимость долота значительно выше.
Сравнение долот диаметром 215,9 и 244,5 мм одного завода-изготовителя ПО “Уралбурмаш” показывает, что использование долот 244,5 ОК-ПВ наиболее эффективно при обуривании породных уступов высотой Ну = 15 м, т. к. максимальная проходка на долото диаметром 244,5 мм по данным испытаний составила 435 п.м, а механическая скорость бурения в среднам на 25 % выше.
© А.Н. Лукьянов, А.Г. Шлыков, С.К. Рубцов, В.Г. Журавлев
ВЫВОДЫ
