Способы бурения шпуров скважин

СПОСОБЫ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН

Классификация способов бурения

Для бурения шпуров и скважин применяют разнообразное бурильное оборудование: сверла, бурильные молотки, буровые каретки, станки и установки. Ис­пользуются разные принципы воздействия бурового инструмента на забой и очистки скважин или шпуров при бурении от продук­тов разрушения. При всех способах при бурении выполняются следующие основные операции:

подготовка и установка буриль­ной машины для начала работ;

бурение (разрушение породы) с очисткой забоя шпура (скважины) от продуктов разрушения (буровой мелочи);

наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ;

смена из­ношенного бурового инструмента;

перемещение машины на новую точку бурения.

В настоящее время применяют на практике следующие способы бурения.

Вращательное бурение.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из расчета превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходят последовательное скалывание частиц породы с забоя и углубление инструмента по винтовой ли­нии. Продукты разрушения удаляются механическим способом с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бу­рении скважин), а также промывкой забоя водой или продувкой возду­хом.

К вращательным способам бурения относятся: бурение шпу­ров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; вращательное (шнековое) бурение скважин; бурение алмазным инструментом.

Ударное бурение.

При ударномбурении инструмент наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инстру­мент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая, таким об­разом, получение круглого сечения шпура или скважины.

В ударном бурении выделяют следующие виды: ударно-поворотное, ударно-вращательное и вращательно-ударное.

При ударно-поворотном бурении инструмент поворачивается только в проме­жутках между ударами специальным поворотным устройством.

При ударно-вращательном бурении удары наносятся по непрерывно вращающе­муся инструменту.

Разрушение породы при отмеченных двух видах ударного бурения происходит только за счет внедрения инструмента при уда­рах.

При вращательно-ударном бурении удары наносятся по непрерывно вращающе­муся инструменту, который при этом находится под большим осевым усилием. Разрушение про­исходит как за счет внедрения инструмента при ударах, так и за счет скола породы при вращении инструмента.

Дата добавления: 2016-07-05 ; просмотров: 7672 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Механическое бурение скважин и шпуров

1. Способы механического бурения

2. Сущность и область применения способов

Литература: 1, 2, 3

Бурение – это процесс, заключающийся в последовательном разрушении поверхности забоя шпура или скважины и удалении из них продуктов разрушения (буровой мелочи).

Шпур представляет собой цилиндрическую полость в горной породе диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважина отличается от шпура тем, что ее глубина превышает 5 м.

Машины, применяемые для механического способа бурения, называют бурильными, а в качестве бурового инструмента используются буры, штанги, резцы и коронки.

По характеру воздействия и величине нагрузок, разрушающих горную породу, различают следующие способы механического бурения (рис. 2.1).

1. Вращательный 2.Ударно – поворотный 3.Ударно – вращательный 4.Вращательно – ударный

f 6 f = 2- 16 f = 2 – 16

Рис. 2.1. Области применения способов механического бурения шпуров

Буровыми называются работы по бурению шпуров или скважин буровыми машинами. Рассмотрим способы бурения более подробно. Начнем с вращательного способа (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Вращательный способ буреня шпуров (скажин)

Его сущность состоит в том, что резец (коронка) непрерывно вращаясь вокруг оси (под действием кружещего момента М и осевого усилия Р) внедряется в породу, срезая ее на поверхности забоя шпура. Данный способ бурения по сравнению с другими имеет следующие преимущества:

— бурильные машины в основном работают на более дешевой электрической энергии;

— непрерывность процесса разрушения горной массы обеспечивает высокую скорость бурения;

— меньше шум и вибрация машины;

— разрушение породы происходит крупным срезом, что уменьшает пылеобразование.

Основным недостаком способа является его неприменимость для бурения шпуров в породах большой крепости.

Кинематическая схема ударно — поворотного способа бурения представлена на рис 2.3.

Рис. 2.3. Ударно-поворотный способ бурения шпуров (скважин)

Сущность способа состоит в том, что буром наносят последовательные ударные нагрузки по породе с усилием Ауд. После каждого удара бур поворачивается на угол α (α = 10 0 -15 0 ) под действием крутящего момента М. При этом обеспечивается внедрение резца в массив и снятие (скалывание) породы по секторам.

Основным преимуществом ударно-поворотного бурения является его применение в породах с коэффициентом крепости f = 8-20.

К недостаткам способа относятся: прерывность бурения и более длительный процесс разрушения породы, чем при вращательном бурении; вибрация машин при бурении; высокий уровень пылеобразования и шума.

Рассмотрим вращительно-ударный способ бурения (рис. 2.4). Его сущность заключается в одновременной подаче на забой (через непрерывного вращающийся бур) осевого статического усилия Р и периодических ударных нагрузок Ауд.

Рис. 2.4. Вращательно-ударный способ бурения шпуров (скважин)

Внедрение буровой коронки в породу происходит под действием как ударной нагрузки и осевого усилия, так и в результате его вращения. При этом требуется меньшее осевое усилие, чем при вращательном способе бурения, что способствует меньшему износу коронок. Такой способ считается наиболее совершенным, поскольку в нем используются достоинства вращательного и ударно-поворотного бурения. К преимуществам способа относятся:

— непрерывность процесса разрушения горной массы, что обеспечивает высокую скорость бурения;

— применение в породах большой крепости f

Сверла

Электрические сверла Пневматические сверла Гидравлические сверла

m 2 ) 8-12 9-25 9-22 14-25 Глубина бурения шпуров (м) 3 /мин) 2,8 3,5 3,5 3,3 4,5 9,0 13,0 Масса (кг) 30,5

4)Вращательно-ударный способ бурения шпуров

Техническая характеристика пневматических бурильных установок

Тип	БУ-1М	БУР-2	СБУ-2М
Сечение выработки в проходке (м 2 )	6-19	12-25	20-30
Число буривных машин (шт)
Расход сжатого воздуха (м 3 /с)	0,21-0,25	0,42-0,5	0,42-0,5
Ширина колеи (мм)	600 900 750	750 900	—
Масса (т)	2,3	5,7	6,7

РИСУНОК

Понятие про взрыв и основные свойства взрывчатых веществ. Виды взрывов. Физико-химические характеристики взрывчатых веществ. Кислородный баланс. Основные свойства и методы их определения

Взрыв – процесс высвобеждения большого количества энергии в ограниченном объеме за весьма короткий промежуток времени.

Скорость с которой происходит быстрая химическая реакция, называется скоростью взрыва.

По скорости взрыва различают: детонацию, взрывное горение и выгорание.

1. Детонация – взрыв, распостроняющийся с постоянной и максимальной для конкретного взрывчатого ВВ и данных условий сверхзвуковой скоростью (1200 – 7000 м/с).

2. Взрывное горение– взрыв, протикающий со скоростью несколько сотен метров в секунду (взрыв пороха, возбужденный искрой или пламенем). t 0 — несколько тысяч С о .

3. Выгорание – переход детонации в горение со скоростью нескольких десятков метров в секунду. Промежуточное явление между 1 и 2.

4. Термический распад — происходит при нагреве ВВ ниже температуры вспышки.

ВВ– химические соединения или смеси химических веществ, способные под воздействием внешнего импульса (нагревания, удара, искры) быстро переходить в другие вещества с выделением большого количества тепла и образования газов, способных производить механическую работу.

Продукты взрыва содержат пары воды, углекислый газ, окиси азота и другие газы.

Мощность ВВзависит от его состава, кислородного баланса, количества газа, образовавшихся при взрыве, температуры и скорости взрыва.

Кислородным балансом называют избыток или недостаток химически связанного кислорода во взрывчатом веществе по сравнению с количеством его, необходимым для полного окисления всех горючих элементов. Кислородный баланс может быть положительным, отрицательным и нулевым.

При положительном кислородном балансе в составе ВВ содержится больше кислорода, чем нужно для полного окисления горючих элементов. Оставшийся кислород окисляет при взрыве свободный азот, образуя ядовитые окиси азота, вследствие чего такие ВВ не допускаются для взрывных работ под землей.

При отрицательном кислородном балансе не все горючие элементы окисляются полностью, из-за недостатка кислорода в продуктах взрыва образуется ядовитая окись углерода.

Наиболее эффективными являются ВВ с нулевым кислородным балансом, при котором в составе ВВ кислород содержится в количестве, необходимом, для полного окисления всех горючих элементов.

В подземных условиях применяют ВВ с «0» или близким к «0» кислородным балансом.

Основными характеристиками ВВ являются: работоспособность, бризантность и чувствительность, которые определяют опытным путем в лабораторных условиях.

Работоспособность ВВ – способность при взрыве производить механическую работу (определяют по методу Трауцля).

Поле взрыва измеряют объем образовавшейся полости, заливая в нее воду из мерного сосуда. Работоспособность ВВ определяет как разность объемов полости после взрыва V и объем канала до взрыва (61,5 см 3 ) за вычетом работоспособности детонатора (30 см 3 ) т.е. P=V-61,5-30=V-91,5[см 3 ]

Работоспособность промышленных ВВ составляет 130-500 см 3 . Например: Скальный аммонит пресованый Р=45см 3 ; Аммонит № 6 ЖВ–Р=360см 3 ; Т–19–Р=270см 3 ; Угленит Э–6=Р=170 см 3 .

Бризантность ВВ – способность при взрыве производить дробление среды, сопрекосающейся с зарядом.

После взрыва цилиндрик дает усадку. Бризантность ВВ – h_бр определяется как разность высот цилиндрика до и после взрыва. Бризантность промышленных ВВ составляет 4-30мм. Например: Скальный аммонит пресованый h_бр=28мм; Аммонит h_бр=14мм; Угленит h_бр=9мм.

Чувствительность ВВ – способность реагировать на различного рода внешние воздействия (удар, искра, нагревание, горение).

Чувствительность ВВ к удару определяет степень опасности обращения с ними. РИСУНОК

Мерой чувствительности является наименьшая высота, падая с которой, груз вызывает взрывание навески ВВ.

Чувствительность ВВ зависит от его физического состояния и химического состава. ВВ, имеющее чувствительность до 7см считают высокочувствительными к удару и весьма опасными в обращении:

– гремучая ртуть – 2 см; азот свинца – 6 см;
– нитроглицерин – 4см.

Промышленные ВВ: Динамиты – 20-30 см; Аммониты – самые низкочувствительные – 70-100 см.

К основным физико-химическим характеристикам ВВ относят: плотность, слеживаемость, гидроскопичность, водоустойчивость, старение, эскудацию.

Свойства ВВ

Плотность Эскудация

Плотность ВВ – отношение массы ВВ к занимаемому объему [г/см 3 , кг/дм 3 , т/м 3 ].

Слеживаемость – способность ВВ терять свою сыпучесть и образовывать сплошную массу, что значительно снижает детонацию.

Гидроскопичность – способность ВВ самопроизвольно поглощать водяные пары из воздуха и увлажняться.

Водоустойчивость – способность ВВ противостоять проникновению во внутрь патрона воды, которая приводит к затруднению детонации.

Старение – свойства пластичных ВВ со временим снижать восприимчивость к детонации. Разжиганием патрона можно восстановить чувствительность постаревшего ВВ.

Эскудация – выделение из состава ВВ некоторых жидких компонентов.

Проверку качества ВВ производят в соответствии с Едиными правилами безопасности при взрывных работах . (г.Киев, «Норматив» 1992 г.)

Источник