Скважины на открытых горных работах при разработке (отбойке) полезных ископаемых буровзрывным способом. Оборудование, буровой и породоразрушающий инструмент.

В настоящее время буровзрывные работы остаются основным способом подготовки крепких горных пород к последующей разработке. Несмотря на множество недостатков данного способа эффективной альтернативы ему до сих пор не существует.

Буровые станки

Для одной из основных технологических операций буровзрывных работ – бурения взрывных скважин – на открытых горных работах применяют буровые станки, оснащенные различным буровым оборудованием. Типоразмеры буровых станков определяются диаметром буримой скважины: 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400 мм.

По отечественной классификации буровые станки разделяются по способу бурения на три типа.

Первый тип – станки СБР, которые бурят путем вращения резцового инструмента, установленного на шнековой штанге. Применяют при бурении пород крепостью до f=6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Номинальный диаметр буримых скважин – 125 и 160 мм.

Второй тип – станки СБШ, которые бурят путем вращения шарошечных долот. Номинальный диаметр скважин – от 160 до 400 мм. Применяются при бурении пород крепче f> 6.

Третий тип – станки СБУ, которые бурят ударно-вращательным способом погружными пневмоударниками. Применяются для бурения пород крепче f> 6 с диаметром скважин от 100 до 200 мм.

Условное обозначение станка включает диаметр скважины в мм и глубину бурения в м, например, СБШ-250МНА-32: диаметр скважины 250 мм, глубина скважины до 32 м.

Буровые работы при разработке п.и. подземным способом. Оборудование и инструмент для бурения шпуров, горнопроходческих и вспомогательных скважин, доразведки полезного ископаемого в процессе разработки.

ПОДЗЕМНОЕ БУРЕНИЕ (а. underground drilling; н. Untertagebohrung, Untertagebohren; а. forage souterrain; и. perforacion subterranea, sondeo subterraneo) — бурение из подземных горных выработок шпуров и скважин, не имеющих выхода на дневную поверхность. Подземное бурение используется для проходки взрывных скважин и шпуров при сооружении подземных горных выработок и подземной разработке месторождений, горнотехнических скважин при эксплуатации месторождений, а также поисково-разведочных скважин при изучении геологического строения месторождений, их разведке и подсчёте запасов полезных ископаемых.

Подземное бурение скважин ведётся в любом направлении под различными углами к горизонтам; при необходимости — веером или кустами (рис. 2).
Для подземного бурения характерна простота конструкции скважин. Сравнительная однородность пород по физико-механическим свойствам в пределах рудного поля позволяет проходить скважину породоразрушающим инструментом одного-двух диаметров и обходиться без специального крепления. Устье горизонтальных и восстающих скважин оборудуется короткой направляющей обсадной трубой с герметизатором или тройником для слива промывочной жидкости. Диаметры скважин при подземном бурении составляют 46-76 мм при поисках и разведке месторождений, 70-150 мм при эксплуатации и взрывных работах, до 1 м и более при сооружении скважин для специальных целей (вентиляционных и др.). Глубины скважин в основном от нескольких десятков до сотен метров, длина горизонтальных скважин достигает 1000 м и более.

Различают следующие виды бурения шпуров: вращательное, ударно – поворотное, ударно – вращательное и вращательно – ударное. Сущность вращательного способа состоит в том, что резец под действием усилия внедряется в породу и скалывает её. При увеличении крепости пород, увеличивается усилие, прилагаемое к резцу. Поэтому область применения вращательного бурения ограничивается крепостью пород f = 6-8. Достоинства: непрерывность процесса, высокая производительность; разрушение породы крупным срезом, что уменьшает пылеобразование; относительно небольшая вибрация. Недостатки: ограниченная область применения по крепости. Бурильные машины вращательного бурения: ручные электросверла, в том числе и принудительной подачей – СЭР19М, ЭР14Д2М, ЭР18Д2М, ЭРП18Д2М; электрогидравлические буры ЭБГП1; бурильные установки типа БУЭ, БКГ.

В качестве бурового инструмента применяют коронки трех типов: долотчатые, крестовые и штыревые.

Долотчатые коронки применяют для бурения любых пород, крестовые — для трещиноватых и штыревые — для крепких пород. Для коронок установлен следующий ряд наружных диаметров: 28, 32, 36, 40, 43, 52, 60, 75 и 85 мм.

14 Буровые установки глубокого бурения применяют как в разведочном, так и в эксплуатационном бурении на нефть и газ. При этом глубина скважины может достигать 3000 - 5000 м и более. Длябуровых установок глубокого бурения, имеющих надежные источники пневмопитания, разработан автоматический комплекс АК-2, в котором применено максимальное количество стандартных узлов и деталей пневматической системы управления.

Роторбуровых установок глубокого бурения устанавливают на основании буровой, в самоходных установках его монтируют на задних консольных концах рамы автомашины или трактора.

Вбуровых установках глубокого бурения подачу насоса регулируют в широких пределах с помощью привода постоянного тока по системе тиристорный преобразователь-двигатель.

Набуровых установках глубокого бурения бурильный инструмент опускается в скважину и поднимается через отверстие ротора. При выполнении спуско-подъемных операций (СПО) имеются случаи подъема ротора на бурильном инструменте и падения его на рабочую площадку. При этом травмируются рабочие, выводятся из строя цепные и карданные передачи, что увеличивает затрату времени на ре-монтно-восстановительные работы.

Вбуровых установках глубокого бурения используют для привода буровых насосов, лебедок, привода электрогенераторов переменного тока применяют дизели У1Д6 - 100АД, У1Д6 - 150АД, У1Д6 - С2 и У1Д6 - СЗ.

15 Бурение скважины - сложный технологический процесс строительства ствола буровых скважин, состоящий из следующих основных операций:

· углубление скважины посредством разрушения горных пород буровым инструментом;

· удаление выбуренной породы из скважины;

· крепление ствола скважины в процессе ее углубления обсадными колоннами;

· проведение комплекса геолого-геофизических работ по исследованию горных пород и выявлению продуктивных горизонтов;

· спуск на проектную глубину и цементирование последней (эксплуатационной) колонны.

Выделяют 4 категории бурения скважины в зависимости от их глубин:

· мелкое бурение- до 1500 м;

· бурение на средние глубины - до 4500 м;

· глубокое бурение - до 6000 м;

· сверхглубокое бурение - глубже 6000 м.

По характеру разрушения горных пород различают механические и немеханические способы бурения.

Механические способы бурения:

· вращательные (роторное, турбинное, реактивно-турбинное, с использованием электробура и винтовых забойных двигателей) - горная порода разрушается в результате вращения прижатого к забою породоразрушающего инструмента (бурового долота);

· ударные

o ударно-поворотное - удары по забою производятся периодически поворачивающимся буровым инструментом;

o ударно-вращательное - удары наносятся по непрерывно вращающемуся буровому инструменту;

o вращательно-ударное - буровой инструмент находится под большой осевой нагрузкой в постоянном контакте с забоем скважины и разрушает горную породу в результате вращения и периодически наносимых по инструменту ударов.

Немеханические способы бурения (разрушение горной породы происходит без непосредственного контакта ее с инструментом):

· термические (огнеструйное, плазменное, лазерное)

· взрывные

· электрические (электроимпульсное, электрогидравлическое, электромагнитное)

· ультразвуковое и т.д.

КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИН — процесс укрепления стенок буровых скважин обсадными трубами и тампонажным раствором. Наиболее распространено крепление скважин последовательным спуском и цементированием направляющей колонны, кондуктора, промежуточной и эксплуатационных колонн. Перед спуском обсадной колонны производят комплекс геофизических работ, среди которых важное место занимают кавернометрия и профилеметрия, что позволяет определить количество тампонажного цемента и др.

Процесс цементирования начинается с приготовления цементного раствора с помощью цементно-смесительных машин и цементировочных агрегатов, потом закачивается в обсадную колонну и вытесняется в заколонное пространство. Цементирование (тампонирование) скважин повышает герметичность обсадной колонны и предотвращает сообщение между пластами, дневной поверхностью или зоной перфорации.