CC BY
112
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” М0СКВЛ,*МГГУ,я29яянваряя-я2яфевраляя2001я-.
© С.К. Рубцов, А.Г. Шлыков,
Г.А. Прохоренко, П.А Шеметов, И.П. Бибик, Ю.П. Вахрушев,
В.И. Филь, 2001
УАК 622.271
С.К. Рубцов, А.Г. Шлыков, Г.А. Прохоренко, П.А. Шеметов, И.П. Бибик, Ю.П. Вахрушев, В.И. Филь
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОНЕССОВ БУРОВЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ НГМК
Одно из наиболее крупных предприятий в составе Навоий-ского ГМК - это карьер Мурун-тау, отработка которого осуществляется более 30 лет. Карьером разрабатывается массив метаморфизированных скальных пород, неоднородных как по физико-механическим свойствам, так и трещиноватости, буримости, абразивности; категория пород по шкале ЦБНТ изменяется в интервале УШ-Х1У (коэффици-ент крепости по Протодьяконову 7-12 и более).
Технология отработки месторождения с учПтом увеличивающейся глубины карьера, которая в настоящее время достигла 400 м, и новых технологических схем отработки его рабочей зоны связана с проведением большого объПма буровых работ. Для обеспечения плановой добычи руды производительность карьера по горной массе составляет 37-40 млн м3, объПм бурения - 11001200 тыс. п. м. Выполнение такого объПма требует совершенствования техники и технологии буровзрывных работ с учПтом усложняющихся горногеологических условий.
Бурение взрывных скважин на карьере осуществляется станками СБШ-250МНА-32, се-
рийно выпускаемых АО «Руд-гормаш», производство которых остаПтся практически неизменным в части конструктивного исполнения в течение более чем 30 лет. Поэтому предприятия, использующие данные станки, изыскивают резервы повышения их производительности путПм усовершенствования конструктивных и технологических параметров для конкретных условий эксплуатации.
ПроведПнная на НГМК модернизация гидросистемы привода маслостанции путПм установки электродвигателя постоянного тока и соответственно дополнительного тиристорного преобразователя, а также более мощных насосов с расходом 100 и 250 л/мин и гидрораспределителей с пропускной способностью рабочей жидкости до 350 л/мин позволила обеспечить значительное повышение производительности бурения за счПт увеличения осевого усилия и практически вдвое скорости спуска-подъПма бурового става. Годовая производительность на станок составляет 43,0-45,0 тыс. п. м., среднемесячная -3900-4200 п. м., что является одной из самых высоких на карьерах СНГ. Данные конст-
руктивные решения использованы АО «Рудгор-маш» в новой модификации станка СБШ-250МНА-32.
В настоящее время высота уступов на карьере Мурунтау составляет 10 м (40 %) и 15 м (60 %). Находящиеся в эксплуатации станки СБШ-250МНА-32 по своим конструктивным параметрам не обеспечивают бурение скважин глубиной более 8 м без дополнительного наращивания штанг.
В то же время анализ конструкций станков зарубежных фирм показывает, что для них характерной особенностью является широкая унификация и многовариантность исполнения для различных условий эксплуатации. По требованию заказчика базовая модель может комплектоваться различными мачтами 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 «Ин-герсол-Рэнд», «Бюсайрус-Ири» и др.) [1]. Эффект при бурении одной штангой на всю высоту уступа без наращивания достигается за счПт 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 поли-спастной системы станка увеличена с четырПх до шести путПм установки дополнительных блоков при сохранении двух гидроцилиндров подачи и сепаратора. Каркас мачты увеличен дополнительной надставкой на 6
м [2]. Общий вид модернизированного станка с удлинПнной мачтой представлен на рис. 1. Эксплуатация станка в течение пяти лет подтвердила эффективность его применения при обури-вании 10и и 15и метровых уступов. Среднегодовая производительность составила 60-65 тыс. п. м., что на 25-30 % выше аналогичных показателей для серийных станков.
На карьере Мурунтау обоснованы параметры сетки скважин при бурении рудных блоков, которые остаются постоянными и равными 5,6x5,6 м. Необходимость сохранения постоянных значений сети скважин обусловлена принятой на карьере технологией эксплуатационного опробования рудных зон. Это обусловило возможность взрывания 10-и и 15-метровых рудных уступов скважинами уменьшенного диаметра (215,9 мм вместо 244,5 мм). В этом случае в массиве реализуются условия оптимальных соотношений элементов размещения заряда ВВ (лучшая энергоПмкость и более скоростное нагружение взрываемого уступа) и, как следствие, повышается степень полезного использования энергии взрыва, обеспечивается более качественное дробление горной массы при снижении в среднем на 10 % удельного расхода ВВ и на 25 % забоечного материала. Для обеспечения возможности бурения скважин долотами диаметром
215,9 мм на карьере переоборудовано несколько станков СБШ-250МНА-32, которые успешно эксплуатируются в настоящее время. Серийные буровые штанги диаметром 203 мм заменены на штанги диаметром 180 мм. При данных соотношениях диаметров штанги и долота обеспечивается достаточная для выноса бурового шлама скорость восходящего потока. Производительность бурения составляет 250-300 м в смену, проходка на долото типа ОК -220-250 п. м. в зависимости от крепости буримых пород. В результате промышленных испытаний установлено, что удельные затраты на буровзрывные работы в среднем на 0,03 долл/м3 ниже по сравнению с зарядами
диаметром 244,5 мм. По рудной массе годовой объПм бурения скважин долотами диаметром
215,9 мм составляет более 200,0 тыс. п. м.
Одной из важных и актуальной проблем при разработке карьера Мурунтау, в связи ростом его глубины и усложняющимися горно-геологическими условиями, является постановка бортов в предельное положение, исключающих их деформацию и оползневые явления при проведении массовых взрывов. При-чПм борта карьера должны оставаться в предельном положении на весь период отработки месторождения, либо до перехода к следующей очереди строительства карьера. Для локализации взрывного воздействия на борт карьера был разработан и вне-дрПн метод предварительного щелеобразования, который позволил в соответствующих условиях увеличить углы наклона уступов на 5-10°, а бортов на 4-8°. Сущность метода предварительного щелеобразования заключается в создании экранирующей щели, отсекающей взрываемый массив от охраняемой поверхности путПм взрывания зарядов ВВ специальных конструкций в сближенных оконтуривающих скважинах, располагаемых по проектному контуру.
В соответствии с проектом разработки месторождения постановка бортов в предельное положение производится сдвоенными 15-метровыми уступами
под углом 40-65°, что определяет необходимую глубину скважин заоткоски в 36-48 м и более. Внедрение технологии заоткоски с использованием метода предварительного щелеобразования на карьере до последнего времени 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 на предприятии была решена путПм про-ведПнной на карьере Мурунтау реконструкции станка 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].
Накопленный положительный опыт эксплуатации станка на карьере явился основой для разработки совместно с СКБ самоходного горного оборудования более совершенной конструкции 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 позволяет начинать бурение скважин заоткоски с надбермового уступа. Станок полностью унифицирован с серийно выпускаемой АО «Руд-гормаш» моделью СБШ-250МНА-32, который может быть переоборудован путПм изменения рабочей площадки и замены мачты. Мачта станка снабжена двумя сепараторами Пмкостью по 3 штанги диаметром 203 мм в каждом. Один размещПн внутри мачты, другой - на еП передней открытой грани. При необходимости в сепараторах могут быть размещены 8 штанг диаметром 180 мм для бурения скважин диаметром 215,9 мм. Общий вид станка представлен на рис. 2, а основные технические параметры приведены в табл. 1.
В настоящее время станок СБШ-190/250-60 успешно эксплуатируется на карьере Мурунтау при бурении скважин щелевого экранирования диаметром 244,5 мм и глубиной до 50 м. Производительность бурения составляет 100-150 м/смену в зависимости от крепости буримых пород, годовая производительность - 25,0-30,0 тыс. п. м.
ПроведПнное районирование пород карьера в контурах интенсивного ведения горных работ показало, что большинство пород представлено легко
(/ = 6^8) и среднебуримыми (/=
8^10) породами. Труднобури-мые породы (/ = 10 и более) составляют не более 25 %. Поэтому одним из путей повышения эффективности буровых работ без существенного увеличения капитальных затрат является применение рациональных типов шарошечных долот в зависимости от категории пород. От конструкции долота, его типа,
Масса станка качества изготовления, а также соответствия условиям бурения во многом зависят техникоэкономические показатели бурения. Расходы на инструмент, учитывая их достаточно высокую стоимость (550-750 долл. за единицу), составляют в себестоимости бурения до 30 %. На карьере отрабатывается порядка 3000 долот в год, затраты на их приобретение не менее 2,0-2,5 млн долл.
На карьере выполнен большой объПм опытно-промышлен-ных испытаний шарошечных долот диаметром 244,5 мм различных модификаций долотных заводов стран СНГ: АО «Вос-
токмашзавод» (Казахстан), АО «Дрогобычский долотный завод» (Украина), ОАО «Уралбур-маш», Поваровского механического завода (Россия) с целью оценки эффективности их применения при бурении пород различной крепости. Результаты отработки показали, что наилучшие показатели по стойкости во всПм диапазоне буримых пород имеют долота производства ОАО «Урал-бурмаш». Удельные затраты на долото, исходя из его стойкости и стоимости, составили 1,1-1,9 Таблица 2
75
долл/п. м. в зависимости от категории буримых пород, что в среднем на 15-25 % ниже по сравнению с долотами других заводов. Проходка на долото в среднем для различных пород 460-310 п. м.
До настоящего времени основным поставщиком долот на предприятие (около 70 %) является ОАО «Уралбурмаш».
Анализ отработанных долот показывает, что при бурении крепких абразивных пород основной причиной выхода из строя является износ козырьков и спинок лап, а также опор долота. В меньшей степени наблюдается износ, скол и выпадение вооружения долота. Наличие на рынке различных долотных заводов даПт возможность предприятию регулировать цены на буровой инструмент, вынуждая производителей работать над совершенствованием своих изделий, чтобы обеспечить их конкурентоспособность.
Сравнительные испытания долот 244,5ОК-ПВ и 244,5ТКЗ-ПВ производства ОАО «Уралбурмаш» в легкобуримых породах
(/ = 6^8) показали, что при практически одинаковой механической скорости бурения проходка на долото типа ТКЗ-ПВ в 1,3 раза выше по сравнению с долотом типа ОК-ПВ. С учПтом цены долота ТКЗ, которая в среднем на 15 % ниже по сравнению со стоимостью долота типа ОК-ПВ, удельные затраты на бурение в 1,3 раза ниже по сравнению с долотами 244,5ОК-ПВ.
На основании многолетней эксплуатации различных типов долот и режимов их отработки при бурении взрывных скважин на карьере Мурунтау в широком диапазоне пород рекомендованы рациональные параметры бурения и типы долот для различных по крепости пород, представленные в табл. 2.
Второе по значимости предприятие НГМК - это золоторудное месторождение Кокпатас, представленное комплексом ме-таморфизированных осадочных пород, состоящих из известняков, переслаивающихся песчаников, алевролитов и сланцев с локальными маломощными участками расположения рудных тел. Категория пород по шкале ЦБНТ составляет 1Х-ХУ. Все эти факторы предопределили технологию ведения буровых работ. На основании выполненных исследований определены рациональные высоты рудных уступов, составляющие 2,5 и 5,0 м. С целью полноты оконтуривания рудных тел, представительности пробо-отбора и повышения производительности бурения на карьерах месторождения Кокпатас применяются в основном рудные уступы высотой 5 м с сеткой скважин
3,5x3,5 м и диаметром бурения
100^160 мм. Высота вскрышных уступов в основном 10 м. Годовой объПм бурения составляет более 1000 тыс. п. м., из которых более 80 % - бурение рудных блоков.
Таблица 1
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СТАНКА СБШ-190/250-60
Наименование
Ед-
изм.
Показатели
Диаметр бурения
215,9; 244,5
Глубина бурения диаметром 244,5 мм
56
Длина штанги
Осевое усилие
кН
300
Крутящий момент
кН-м
4,2
Частота вращения
0-2,5
Угол наклона к горизонту
град.
40; 45; 50; 55; 60; 75; 90
Производительность компрессора
м3/с
0,53
Габаритные размеры с поднятой мачтой:
длина
ширина
высота
11,0
5,45
15,35
мм
м
8
м
с
м
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БУРЕНИЯ И ТИПЫ ЛОАОТ.
Группа пород по буримости Категория пород по ЦБНТ Коэффициент крепости / Осевое усилие, кН Частота вращения, с-1 Скорость бурения, 10"4 м/с Тип долота
Легкобуримые УІІІ-Х 6 - 8 150 - 220 2,17 - 1,67 90 - 110 ТКЗ
Среднебуримые ХІ-ХІІ 8 - 10 210 - 230 2,17 - 1,67 70 - 90 К
Труднобуримые ХІІІ-ХІУ 10 и более 230 - 270 ,5 1 ,0 2, 50 - 70 К; ОК
До последнего времени бурение вскрышных уступов на карьерах месторождения производилось шарошечными станками СБШ-250МНА-32 и рудных уступов - станками ударно-
вращательного бурения СБУ-125 (100). Отработка месторождения Кокпатас осуществляется группой небольших по мощности карьеров, на многих из которых отсутствует система электро-
снабжения, что затрудняет использование станков СБУ-125,
оснащПнных электроприводом и отдельно компрессором. Станки СБУ-125 по своим технико-
экономичес-ким показателям не отвечают современному уровню буровой техники и не обеспечивают выполнения требуемых объПмов. Невысокий уровень на-дПжности узлов и станка в целом влечПт за собой повышенные затраты на ремонтно-восстановительные работы.
Начиная с 1999 года на карьерах месторождения введены в эксплуатации 9 станков ударновращательного бурения ROC-860НС фирмы Атлас-Копко (Швеция) (рис. 3) взамен станков СБУ-125. Высокая производительность, манПвренность и мобильность данных установок, механизация основных и вспомогательных операций, позволяющая осуществлять процесс бурения одним машинистом, а также наличие дизельного привода, дающего возможность эксплуатиро-
вать станки в стеснПнных условиях и местах отсутствия ЛЭП, определили их выбор среди других станков зарубежных фирм. В зависимости от типа пневмоударника и диаметра бурения установка комплектуется штангами диаметром 76, 89, 102 мм и длиной 5 м. В сепараторе могут размещаться от 8 до 5 штанг. Используемые на месторождении Кокпатас установки ROC-860HС укомплектованы буровыми штангами диаметром 89 мм, диаметр долота 152 мм.
Результаты эксплуатации станков ROC-860HС подтвердили их эффективность при бурении скважин на рудных 5и метровых уступах. Производительность бурения станков ROC-860HС как сменная (155 п. м.), так и месячная (7500 п. м.), в 2 раза выше по сравнению со станками СБУ-125 (соответс-твенно 85 п. м. и 3600 п. м.). Себестоимость бурения станком ROC-860HС составила 5,3 долл./п. м., что на 10,2 % меньше себестоимости бурения станком СБУ-125 (5,9 долл./п. м.).
Результаты испытаний станка ROC-860HС 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 частое осыпание стенок скважины, приводящее к
заклиниванию и потере бурового става и снижению производительности. Это особенно характерно при бурении наклонных скважин глубиной более 10 м.
В настоящее время фирма Атлас-Копко организует выпуск нового типа станка ударновращательного бурения ROC-L8 вместо ROC-860HС, в котором расширен диапазон диаметров бурения до 165 мм и глубины бурения до 54 м. При этом длина штанги увеличена до 6 м, а еП диаметр - до 114 мм. На станке установлены более мощный главный привод и компрессор.
В перспективе предполагается увеличить количество станков фирмы Атлас-Копко за счПт возможного их использования на новых карьерах месторождения Кокпатас при увеличении объПмов бурения.
Комплекс разработанных и внедрПнных мероприятий по совершенствованию технологии буровых работ применительно к условиям предприятия позволил во многом решить важные задачи по повышению производительности бурения и снижения еП себестоимости. ВнедрПнные на карьерах НГМК технические решения по совершенствованию технологии буровых работ могут быть использованы и другими горнодобывающими предприятиями стран СНГ, осуществляющих 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. ЖуравлПв В.Г., Шлыков А.Г., Вахрушев Ю.П., Павлов Н.А. Интенсификация процесса бурения взрывных скважин станками СБШ-250МНА. Сборник статей «Теория и практика разработки месторожде-
ния 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.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
К докладу
Рубцов С.К., Шлыков А.Г., Прохоренко Г.А., Шеметов П.А. и др.
Совершенствование технологических процессов буровых работ на карьерах НГМК Подрисуночные надписи.
Рис. 1. Модернизированный станок СБШ-250МНА с удлинПнной мачтой.
Рис. 2. Станок СБШ-190/250-60 для бурения скважин щелевого экранирования.
Рис. 3. Станок ударно-вращательного бурения ROC-860HC фирмы Атлас Копко на месторождении Кокпатас.
