Термическое бурение
Термический способ применяют при бурении взрывных скважин в очень крепких окварцованных породах, где механические способы бурения неэкономичны ввиду низкой скорости бурения и большого расхода инструмента. Этот способ применяют, как правило, на открытых работах.
Для разрушения породы используется высокая температура газов, вытекающих струями из горелки реактивного типа со сверхзвуковой скоростью. Интенсивный неравномерный нагрев породы приводит к неравномерному расширению отдельных ее участков, что вызывает механические напряжения, превышающие прочность породы, и она разрушается. При этом величина напряжений зависит от разности температуры отдельных слоев (участков).
Кроме этого, имеет значение увеличение объема кварца вследствие перехода его из одной модификации в другую (при температуре 573° С). Этот переход сопровождается увеличением объема кварца на 2,4%, вследствие этого в породе возникают напряжения, в 2—3 раза превышающие ее временное сопротивление сжатию.
Буровой снаряд для термического бурения состоит из горелки, штанги и устройства для подвода рабочих компонентов.
Горелка состоит из корпуса, выполненного из красной меди и расположенного в стальном кожухе. Для охлаждения горелки в кольцевом пространстве между кожухом и горелкой циркулирует вода. В камеру горелки через форсунку подается горючее (керосин или бензин), а по каналам, расположенным вокруг форсунки, — окислитель (кислород или сжатый воздух). В камере сгорания развивается высокая температура (до 3000° С) и давление до 10 кгс/см 2 . Через сопло (одно или несколько) газы вытекают со скоростью до 1800 м/с и интенсивно нагревают отдельные участки забоя скважины. Порода трескается, а ее частицы отделяются от массива под механическим воздействием струи газов. Охлаждающая вода подается в скважину, где испаряется. Образующаяся парогазовая смесь выходит из скважины со скоростью до 30 м/с, вынося разрушенную породу. Буровой снаряд в процессе бурения вращают со скоростью от 2 до 30 об/мин. При этом скважина может быть расширена в любой ее части за счет снижения скорости подачи бурового снаряда на забой.
Штанга состоит из внешней трубы, внутренних труб, служащих для подвода соответственно окислителя и горючего. Вода подается по внешней трубе. Длина штанги определяется глубиной скважины и в процессе бурения не наращивается. Рабочие компоненты подаются в горелку под давлением, превышающим давление в камере сгорания.
Подводящее устройство установлено на заднем конце штанги и состоит из корпусас тремя штуцерами, к которым рабочие компоненты подводятся по гибким шлангам. Окислитель подается через штуцер, кольцевую камеру и трубку. Между вращающейся трубкой и корпусом установлена уплотняющая манжета. Охлаждающая вода подается в полость штанги по патрубку, кольцевой камере и трубке. Уплотнение камеры состоит из двух манжет. Горючее подается по штуцеру, кольцевой камере и трубке. Камера уплотнена манжетами. Расположение камеры, подводящей воду, между камерами, подводящими горючее и окислитель, обеспечивает противопожарную безопасность.
Буровой снаряд подвешивается на канате, его вес воспринимается упорным подшипником, а возможные радиальные нагрузки — подшипником. Горючее и вода подаются насосами, а сжатый воздух — компрессором. При применении в качестве окислителя кислорода последний подается из батареи баллонов, где он находится под давлением до 150 кгс/см 2 . Для снижения давления кислорода до рабочего (10—15 кгс/см 2 ), его пропускают через редукционные клапаны.
При диаметре скважины 120—180 мм расход рабочих компонентов составляет: кислорода — 100—300 м 3 /ч; керосина — 40—120 кг/ч; воды — 2,5—4,0 м/ч.
При применении в качестве окислителя сжатого воздуха машинная скорость бурения снижается, но, несмотря на это, бурение с применением кислорода менее экономично.
При термическом бурении по кварцитам с = 18 машинная скорость бурения возрастает в сравнении с шарошечным бурением в 6—7 раз, а стоимость снижается в 3—4 раза.
Источник
Технологические основы термического бурения скважин.
Термическое бурение —способ бурения, основанный на разрушении горных пород на забое скважины высокотемпературными газовыми струями, вылетающими со сверхзвуковой скоростью из сопел огнеструйной горелки. Огнеструйная горелка, представляющая собой рабочий инструмент станка термического бурения, состоит из форсунки эжекторного типа для подачи жидкого горючего в распылённом виде, камеры сгорания, корпуса, сопел, чехла, днища и башмака.
Хорошо подвергаются термическому разрушению породы, имеющие ярко выраженную кристаллическую структуру с плотным цементом, массивной структурой, отсутствием или незначительным количеством низкоплавких минералов, глинистых включений. Продукты разрушения породы удаляются из скважины восходящим газовым потоком, образуемым из смеси продуктов сгорания и паров воды, которая вентилятором выбрасывается в атмосферу. Конструкция станков, используемых для термического бурения, определяется их назначением и видом применяемого окислителя.
Сущностьтермического бурения заключается в следующем. В камере сгорания горелки при сжигании топлива генерируется струя раскаленных газов, истекающих из сопел горелки со скоростями 1580-2200 м/с, нагревающих породу. Неравномерный нагрев породы порождает возникновение термических напряжений. Степень неравномерности прогрева породы возрастает вследствие вращения горелки, предопределяющий явление «шелушения» верхнего слоя породы. Отколовшиеся частицы выносятся из скважины парогазовой смесью, обнажая новые слои породы.
Поступательное движение штанги с горелкой способствует образованию скважины, диаметр которой зависит от скорости подачи горелки. Таким образом, управляя скоростью подачи, можно изменять диаметр скважины.
В отличие от механического способа разрушения при бурении, когда увеличение прочности пород приводит к снижению скорости внедрения, для термического бурения эффективность повышается.
Одним из вариантов термического бурения является термомеханический, когда нагрев породы совмещается с обычным механическим бурением, однако сам комплекс разрушающих инструментов достаточно сложен. Задача сводится к наложению на термические напряжения механических, в результате чего интенсифицируется разрушение. Как правило, тепловое нагружение осуществляется газовой или плазменной горелками, а механическое -шарошечным долотом.
Станок для термобурения.
Станок СБО —имеет бак для воды емкостью 3,3 лг3, бак для керосина емкостью 0,6 м3 и насосы для подачи воды и керосина к горелке.
Кислород подвозят в баллонах большой емкости, по 12 баллонов на двухосном прицепе общей емкостью около 730 м3 кислорода.
Масса станка 36,5 т, глубина бурения до 17 м, диаметр скважины 200—250 мм при наружном диаметре горелки 130—160 мм.
При бурении скважин по кварцитам получены следующие результаты: производительность станка 4—7 м/ч, средний расход кислорода 220—240 м3/ч, керосина 110—125 л/ч и воды 2,5—3,6 м?/ч.
Производительность станка СБО в 5—6 раз выше, чем канатно- ударного станка. Термическое бурение наиболее эффективно в весьма крепких кварцсодержа. щих породах — кварцитах, песчаниках, гранитах и т. п.
Источник
ТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ БУРЕНИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ
МЕРГЕЛИ
Осадочные породы, состоящие из глины и карбонатов.
Соотношение глинистой и карбонатной составляющей колеблется в широких пределах.
Большую часть мергелей относят к рыхлым породам. С увеличением содержания карбонатной составляющей мергели становятся более прочными.
Происхождение. Мергели образуются в мелководных частях озер и морей путем совместного осаждения ила
и карбонатных соединений. Валунные мергели представляют собой глинистые массы, перенесенные движением льда и глетчера. При механическом разрушении известняков (моренный обломочный материал) глины и перетертые известняки смешиваются между собой.
Районы распространения. Во всем мире в известковых слоях, валунные мергели — в моренных областях.
Практическое значение. Мергели являются важным сырьем для изготовления цемента и иногда
используются для улучшения почв (туковая известь).
лат. «мрамор», греч. «мармарос»
Петрографически под мраморами понимают метаморфизованные известняки и доломиты с кристаллически-
зернистой структурой . В технике быкновенные плотные цветные известняки, пригодные для
шлифовки и полировки, тоже именуют мрамором (так называемый «архитектурный мрамор»), но он строго
отличается от настоящего мрамора («скульптурного мрамора»).
Происхождение. Мраморы образуются под воздействием либо горообразующего давления (динамомета:
морфизм), либо повышенных температур на контакте известняков с магматическими расплавами (контактовый метаморфизм). В обоих случаях происходит собирательная перекристаллизация кальцита. Первоначально плотная, а также неоднородная по своему характеру структура известняка превращается в равномерную среднезернистую до мелкозернистой структуру мрамора. В соответствии с химическим составом исходных пород,который почти не претерпевает изменения в процессе метаморфизма, говорят об «известковых мраморах», если они образованы из известняков, и о «доломитовых мраморах», если они возникли из доломитов.
Практическое значение. Технически пригодные разновидности мраморов шлифуют в виде плит, которые
находят применение в зависимости от цвета (белого, желтого, красноватого, черного) как облицовочный камень и для настилки полов. Белый мрамор с античности до наших дней является излюбленныым материалом скульпторов. Другие мраморы пригодны только для обжига (производства извести) и как строительные материалы.
1. СПОСОБЫ БУРЕНИЯ
1.1. Термический способ бурения
1.2. Роторный способ бурения
1.3. Наклонно-направленный способ бурения
1.4. Многозабойный способ бурения
1.5. Колонковый способ бурения
1.6. Шнековый способ бурения
1.7. Комбинированный способ бурения
1.8. Опорный способ бурения
При термическом способе бурения горные породы разрушаются высокотемпературным источником тепла — открытым пламенем. Рабочим органом станка термического бурения является термобур с огнеструйной горелкой, из которой со сверхзвуковой скоростью направляется на забой скважины газовая струя с высокой температурой. В камеру сгорания через форсунку подают смесь тонкораспыленного керосина с газообразным кислородом. Образующиеся внутри камеры газообразные продукты горения с температурой до 2000°С под действием давления внутри камеры вылетают со скоростью около 2000 м/с через отверстия в днище горелки и действуют на забой скважины. С помощью воды горелку охлаждают и удаляют из скважины разрушенную породу.
Передвижные станки термического бурения на гусеничном и автомобильном ходу и ручные термобуры имеют в принципе аналогичное устройство. Ручной термобур представляет собой металлическую штангу-кожух диаметром 30 мм, в которой имеется горелка с системой охлаждения. Керосин и газообразный кислород поступают в горелку под давлением 0,7 МПа, а вода для охлаждения —под давлением 1,3 МПа.
Передвижными станками термического бурения можно бурить шпуры и скважины диаметром до 130 мм и глубиной до 8 м, а ручными— шпуры диаметром 60 мм и глубиной 1.5. 2 м.
Разновидностью термического бурения является проходка шпуров с помощью нагретого сжатого воздуха. Этим способом бурят шпуры диаметром 50. 70 мм и глубиной до 2 м в мерзлых грунтах. Для бурения используют установку, состоящую из компрессора, калорифера и воздухонагревателя. Из компрессора сжатый воздух по рукавам подается в калорифер через вмонтированные в него воздушные трубки и подогревающую коксовую печь. Струя сжатого воздуха, подогретая в воздухонагревателе до 90°С, по рукаву с перфорированным наконечником направляется в грунт, отогревает его, разрыхляет и выбрасывает из скважины.
Термический способ бурения шпуров по сравнению с механическим является более эффективным, и производительность его в 10. 12 раз больше при бурении парод кристаллической структуры.
Источник
Термическое бурение
Термическое бурение — способ бурения выполняемый с помощью специальной огнеструйной горелки. На забое скважины с помощью высокотемпературных газовых струй выходящих со сверхзвуковой скоростью из сопел горелки, в результате сложного взаимодействия раскалённых струй и воды с разрушаемой породой происходит бурение.
Огнеструйная горелка состоит из форсунки эжекторного типа для подачи жидкого горючего в распылённом виде, камеры сгорания, корпуса, сопел. В камеру сгорания попадает топливо (керосин, бензин) и смешивается со сжатым воздухом поступившим другими каналами. После смешивания, полученное топливо выбрасывается со сверхзвуковой скоростью из сопел. Охлаждаются горелки, как правило водой (реже воздухом), которая подается в зарубашечное пространство камеры сгорания. Тепловые потоки, создаваемые горелками, до 42 кДж/м 2 •ч, скорость струй 1800-2200 м/с, температура 1800-2000 о С при окислении сжатым воздухом и до 3500 о С при окислении кислородом. В результате работы горелки, струя газов ударяет в породу, вызывая в ее наружной зоне большие напряжения, достигающие предела ее прочности. Факторы вызывающие напряжения в породе: очень быстрый нагрев поверхностного слоя; динамическое воздействие струи газа. В результате верхний слой породы растрескивается, также возможен расплав отдельных участков. Продукты термического бурения удаляются из забоя восходящим газовым потоком, образуемым из смеси продуктов сгорания и паров воды, которые вентилятором выбрасываются в атмосферу.
Хорошо бурятся термически те породы, которые имеют кристаллическую структуру с плотным цементом, массивной структурой, с незначительным количеством низкоплавких минералов, глинистых включений.
Установки термического бурения бывают с вращающимся рабочим органом, применяемые при бурении крепких, трещиноватых пород, и станки с невращающимся рабочим органом, применяемые при бурении монолитных пород.
Для бурения мелких шпуров до 2м. создано несколько конструкций ручных термобуров, термоотбойников, терморезаков и другого инструмента.
Источник
