Расскажем о том, какими бывают буровые установки для добычи твердых и мягких горных пород — по каким характеристикам их выбирают, какую роль в этом играет характер предполагаемых работ.
Назначение буровых станков — разработка взрывных скважин при проведении горных работ. Установки классифицируются по многим параметрам — способ бурения, тип привода, глубина проникновения в породу, технология перемещения. Напоминаем, что для правильной работы техники необходимо купить СОЖ высокого качества, которые помогают избежать перегрева и быстрого износа.
Виды буровых установок
Комплекс устройства и смежных агрегатов для оборудования скважин используется в таких промышленных сферах, как:
- нефтедобывающая и газодобывающая отрасль;
- строительство;
- горнодобывающая отрасль;
- при геологоразведке.
В научных исследованиях применяются установки, модифицированные под добычу геологических образцов.
Буровые установки комплектуются в зависимости от следующих параметров:
- назначения скважины;
- с учетом климатических зон;
- параметров грунта.
В строительстве и при некоторых методах геологоразведки используют передвижные или самоходные буровые установки.
Переносные комплексы или отдельные конструкции применяются при геологоразведке в горных массивах.
В зависимости от технических параметров работ, свайные установки классифицируются по типу привода, или способом питания на следующие подгруппы:
- Дизельные – конструкции небольшой мощности, осуществляют бурение до 100 м, отличаются высокой мобильностью.
- Электрические – небольшая мощность техники позволяет в короткие сроки устанавливать артезианские скважины.
- Электрогидравлические – использование распространенного типа питания, позволяет применять технику во всех сферах.
- Дизельно-электрические – применяется в оборудовании высокой мощности для использования в твердых, горных породах на значительную глубину (до 6 тыс. м).
В зависимости от климатической зоны, агрегаты имеют категорию: плавучие буровые (предназначены для работ на воде), наземные.
Особенности конструкции
Установки DML относятся к мобильному оборудованию, они оснащены гусеничным ходом и гидроприводом. Верхний гидропривод — разработка, предназначенная для бурения скважин взрывного типа глубиной до 53,3 метра. При замене трубы возможно достижение глубины 62,5 метров. Для стандартной и дополнительной труб (9,15 и 10,7 м) предусмотрены дополнительные карусели с различным объемом.
Фото бурового станка DML
В ходе бурения на долото создается нагрузка в 267 кН. Дополнительная оснастка делает доступным угловое бурение, когда колонна отклоняется от вертикали на 30 и более градусов.
Преимущества:
- возможность поднимать колонну с каруселью, в которой шесть бурильных труб, менее, чем за минуту;
- оператор дистанционно, находясь в кабине, меняет трубы и закрепляет карусель; оснащение кабины имеет сертификат FOPS;
- обзор из кабины позволяет контролировать работу ротора;
- компрессор высокого давления снабжен системой on-off, устраняющей нагрузку во время работ, не связанных с бурением;
- это упрощает запуск, экономит электроэнергию, продлевает срок эксплуатации компрессора;
- Буровой станок DML настраивается для бурения с высоким или низким давлением.
Классифицирование установок по методу бурения
Для механического разрушения породы используется несколько способов бурения.
Буровые машины
Шнековое. Технический параметр работ подразумевает резцовое разрушение породы буровым механизмом с одновременным выбросом ее на поверхность.
Шарошечное. Разрушение породы происходит ударным способом, при котором порода истирается и выносится на поверхность воздушным потоком.
Ударно-вращательный способ бурения осуществляется машинами с установленным пневматическим ударником. Выброс породы происходит за счет работы дополнительного оборудования – компрессора.
Виды буровых установок, используемых для определенных пород
Для проделывания скважин, технически подходящих к конкретному типу породы, используют несколько видов механизмов.
Установки вращательного типа бурения. К забою машины установлен вращающийся механизм, который вырезает породу. В качестве ударника используется утяжеленная коронка или долото.
Вращательно-ударные установки. Вырезка породы осуществляется одновременным вращением забоя и ударными тактами. Долото или ударная болванка имеет армирующий усилитель. В некоторых случаях устанавливается алмазная коронка.
Ударный (снарядный) способ. Для проделывания отверстий в рыхлых, осадочных породах, применяют метод на основе ударов по установленному забою. Метод ударного бурения используется для получения отверстий не более 100 м.
Схема ударного бурения
Конструкции вибрационного типа. Через магистрали двойных труб подается вибрация от генератора, который является вторичной машиной бурового модуля. Виброзонд осуществляет вырезку породы и по смежным механизмам выбрасывает ее наверх.
Комплекс огнеструйного бурения. Для установки скважины в твердых, кристаллических горных породах, используют газовые струи для разрушения основы грунта. Установка приводится в рабочее состояние с помощью газа, который производит горение в недрах.
Разрядно-импульсное бурение производит разрушение и выброс породы с помощью электроимпульсов. Применяется при глубинной работе.
Взрывное бурение применяют при геологоразведке в горных массивах и труднодоступных местах.
Классификация по типу бурового вращателя
В зависимости от специфики вращательного механизма, конструкции подразделяются на несколько видов.
Шпиндельный механизм вращателя. Машины с такой модификацией вращателя считаются технически устаревшими, используются для комплектации скважин до 200 м в небольших промышленных предприятиях.
Установка роторного вращателя позволяет эксплуатировать комплекс в осадочных и горных породах на глубину выше средней.
Подвижный вращатель – современная технология, применяемая во всех отраслях, позволяет получать отверстия как при сверхглубоком, так и при поверхностном бурении.
В зависимости от типа основы бурения
Если вы уже знаете, где должны бурить, и какая порода там преобладает, тогда крайне важно правильно выбрать тип вращателя (роторный, шпиндельный и подвижны) и подходящий породоразрушающий инструмент. Шпиндельные установки для бурения в большом количестве производились и эксплуатировались в советское время, сейчас же значительно уменьшается их популярность. Роторная буровая установка станет идеальным типом буровой установки для мягких пород и участков средней твердости, при этом как для неглубоких, так и для работы на серьезной глубине. Подвижный вращатель является новым стандартом – это уникальное решение, которое является оптимальным для бурения на большой и малой глубине. Алмазная или твердосплавная основа породоразрушающего инструмента позволит без проблем преодолеть даже самую крепкую породу.
Виды выполняемых работ
В зависимости от параметров выполняемых задач, эксплуатируемое оборудование имеет подкатегории:
- эксплуатационная техника;
- разведывательные устройства;
- машины для технических и вспомогательных процессов.
Типы скважин
Эксплуатационные комплексы используются на предварительных заборах породы для дальнейших работ и исследований грунта. При инженерных работах параметр скважин имеет незначительную глубину.
Разведывательные машины используются для геологических поисков полезных ископаемых. В геологоразведке применяют для нахождения нефти и газа.
В этих же процессах для исследования водяных пластов и бурения артезианских скважин.
Вспомогательное оборудование используется для проделывания скважин под сваи в строительстве при укладке фундамента различной глубины и назначения.
Классификация установок по глубине выполняемых работ
Комплексы буровых установок по глубине проделанной скважины подразделяются на:
- Машины поверхностной (неглубокой) глубины до 600 м.
- Машины средней глубины скважин до 6 тыс. м.
- Глубинные комплексы более 6 тыс. м.
Каждая машина может оснащаться электрическим, гидравлическим или дизельным приводам. Метод получения скважин зависит от комплектации машины под вид конкретной работы.
Наземные буровые модули устанавливаются непосредственно на грунт, независимо от того предусмотрена ли транспортная опора или агрегат переносной.
Морские комплексы устанавливаются на плавучие опоры с разными схемами монтажа к подводному дну. Амортизационные комплектующие позволяют эксплуатировать при значительном колебании поверхности.
Типы морских платформ
Классифицирование по способу передвижения
Буровые комплексы имеют типологию по способу передвижения.
Переносные
Малогабаритная переносная буровая установка «Вектор ВР-2.120»
Техника небольших размеров используется для бурения до 200 м. Эти машины имеют небольшой вес (до 1000 кг), быстро комплектуются на участке, не требуют наличия сертификатов соответствия при буровых работах. Поскольку все элементы агрегата разбираются, переносятся и собираются на месте непосредственно – второе название малогабаритных установок – переносные буровые.
Чаще всего используется электрический привод, поскольку необходимое питание составляет 220 V. Такие агрегаты наиболее распространены при бурении водяных колодцев и артезианских скважин.
Переносные ручные
Разновидность малогабаритного оборудования используется для ремонта скважин, при мелком строительстве для отверстий под сваи и столбы, при монтаже отопительных систем.
Ручная буровая установка
Самоходные
Агрегат располагается на транспортном средстве большой грузоподъемностью. Оснащена установка рамой и кабиной. Для передвижения данного вида оборудования не требуется дополнительного транспорта.
Универсальная буровая установка ПБУ-2
Агрегат устанавливается на основу гусеничных тракторов, вездеходов, как наиболее распространенный вариант, используется рама КАМаЗ. При использовании установки при водном бурении используются катера или другой водный транспорт.
Самоходные буровые установки применяются в промышленной сфере для установки свай при промышленном строительстве, при добыче нефти и газа, реже в мелком хозяйстве. Используется гидравлическая или механическая система, при питании от двигателя буровой, электродвигатель или гидромотор.
К преимуществам самоходных буровых установок можно отнести следующие критерии:
- Возможность использования в труднопроходимой и горной местности, за счет монтажа установки на соответствующую основу.
- Использование канатного способа для скважин.
- Установку не нужно демонтировать после использования.
- Возможность эксплуатации в качестве стационарного агрегата.
- Более дешевый ремонт, в сравнении со стационарными машинами.
К самоходным агрегатам относят класс гидравлических машин. Преимущество гидравлической системы состоит в том, что агрегат не нуждается в электропитании. Бурение осуществляется за счет веса утяжеленного бура.
Стационарные
Буровые агрегаты, оборудованные дополнительными опорами и монтажными элементами. Изготавливаются по типу блочного модуля, применяются при нефтедобыче и газодобыче. Модули оснащаются вышками с электронным управлением буровых работ.
В качестве дополнительных блоков в модули устанавливаются системы очистки, обогревательные установки и прочее оборудование. Для производства нефтяных скважин в условиях пониженных температур, разрабатываются стационарные буровые с дополнительными блоками питания для поддержания рабочей температуры.
Станки шарошечного бурения Общие сведения. Принцип действия и основные механизмы
Станки шарошечного бурения
Общие сведения. Принцип действия и основные механизмы
Станки шарошечного бурения предназначены для проходки взрывных вертикальных и наклонных скважин диаметром 160-450 мм и глубиной до 60 м на карьерах, при строительстве гидротехнических сооружений, установки свай в скальных и многолетнемерзлых массивах в промышленном и гражданском строительстве, а также при выполнении дренажных и других видов работ в породах с коэффициентом крепости от 6 до 18.
Принцип шарошечного бурения заключается в следующем. От станка через буровой став шарошечному долоту передаются крутящий момент и осевое усилие. При вращении долота шарошки свободно установленные с помощью опорных подшипников на осях цапф долота перекатываются по забою. При этом зубки внедряются в породу и разрушают ее. Удаление продуктов разрушения из призабойной зоны и скважины осуществляется с помощью воды или сжатого воздуха, поступающих к забою скважины через буровой став от насосной или компрессорной установки станка.
На открытых разработках шарошечное бурение впервые было применено в США в 1939 г, по производству горного оборудования. Широкое внедрение этот вид бурения получил лишь в 1945-47 гг.» сначала на карьерах угольной промышленности, затем — черной и цветной металлургии. В первое время для удаления продуктов разрушения из скважины использовали воду» позже — сжатый воздух. В настоящее время в США, Канаде, России и других странах шарошечное бурение является основным для проходки взрывных скважин при ведении открытых горных работ. С их помощью выполняется около 85% объемов буровых работ на карьерах по добыче руд цветных и черных металлов, драгоценных металлов и алмазов и более 50% при добыче угля открытым способом. В эксплуатации находятся буровые станки третьего поколения (табл.1.3.).
Несмотря на разнообразие конструкций, станки шарошечного бурения, как правило, состоят из следующих основных узлов: ходовой базы, рамы, на которой располагается механическое, электрическое, гидравлическое оборудование и компрессорная установка, мачты для
Рис. 1.13. Станок шарошечного бурения ЗСБШ-200-60
размещения бурового снаряда, механизмов подъема и опускания мачты, вращателя бурового става, подъема инструмента, механизмов наращивания и разборки бурового става, выравнивания перед бурением, подачи бурового става на забой, системы очистки скважины от продуктов разрушения и пылеулавливания.
Выпускаемые в последние годы станки ЗСБШ-200-60 (рис.1.13) и 6СБШ-200-40 имеют тиристорный привод механизма вращателя, кабельные барабаны, амортизаторы кабины машиниста, увеличенную производительность насосов гидропривода, что сокращает продолжительность холостого хода гидропатрона и горизонтирования станка. Благодаря конструкции цельной мачты с открытой передней панелью обеспечивается лучший доступ к узлам. На станке ЗСБШ-200-60 увеличена длина буровых штанг до 12 м, что при общем их числе (пять) позволяет пробуривать скважины глубиной до 60 м. Мощность привода вращакВт) допускает повышение крутящего момента на буровом ставе до 6000 Нм. Вертлюг имеет привод шпинделя, что позволяет одновременное свинчивание верхнего и нижнего ниппелей буровой штанги при наращивании и разборке бурового става в процессе бурения скважины и по окончании ее проходки, а также сокращение затрат времени на выполнение вспомогательных операций. В целях достижения плавности хода в качестве привода ходового механизма установлены асинхронные двигатели с тиристорными станциями управления.
Модернизированная система сухого пылеулавливания обеспечивает состояние атмосферы воздуха в зоне работы станка в отношении запыленности в пределах допустимых санитарных норм. Кабина с пультом управления установлена на пружинных амортизаторах, существенно уменьшающих вибрации на рабочих местах. Для облегчения переноса кабеля при маневрах и перегонах на станках смонтирован кабельный барабан. Благодаря принятым изменениям в станках улучшаются непроизводительные затраты времени на выполнение вспомогательных операций, повышается производительность станка, снижается трудоемкость и увеличивается комфортность работы обслуживающего персонала.
С 1987 г. Воронежским заводом горно-обогатительного оборудования начато серийное изготовление станков СБШ-250МНА-32 (рис.1.14). Эти станки имеют высокий уровень механизации операций по сборке и разборке бурового става, обеспечивают автоматизацию режимов бурения и горизонтирования станка. Основные конструктивные отличия — оборудование верхнего привода вращения бурового става с непрерывным ходом подачи 8 м с воздушно-водяной системой пылеподавления.
Рис.1.14. Станок шарошечного бурения СБШ-250МНА 32
1 – мачта, 2 – машинное отделение, 3 – гусеничные тележки, 4 – бак пылеподавляющей установки, 5 – передняя дверь кабины машиниста
Станок СБШ-250-55 имеет следующие особенности: установка на мачте двух сепараторов, что позволяет бурить скважины глубиной до 55 м; трехкратная канатно-полиспастная система подачи от двух лебедок; увеличенный наружный диаметр штанги (с 203 до 219 мм), обуславливающий рост скорости воздушного потока в затрубном пространстве с 25 до 45 м/с; механизированы вспомогательные операции по наращиванию бурового става в процессе бурения.
Таблица 1.3
Технические характеристики станков шарошечного бурения
| Параметры | 3СБШ 200-60 | 6СБШ 200-40 | СБШ-250 МНА-32 (СБШ-250МН) | СБШ 250-55 | СБШ-270И3 | СБШ-320-36 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Скважина: | ||||||
| диаметр, мм | 215,9; 244,5 | 215,9; 244,5 | 244,5; 269,9 | 244,5; 269,9 | 244,5 | 320 |
| глубина, м | 60 | 40 | 32 | 55 | 32 | 36 |
| Направление бурения к вертикали, град | 0; 15; 30 | 0; 15; 30 | 0; 15; 30 | 0; 15; 30 | 0; 15; 30 | 0 |
| Штанга: | ||||||
| диаметр наружный, мм | 180 | 180 | 203 | 219 | 273 | |
| длина, м | 12 | 8 | 8 | 11.3 | 11 | 18.3 |
| число, шт | 5 | 5 | 4 | 5 | 3 | 2 |
| Ход подачи бурового инструмента, м | 1 | 1 | 8 | 11 | 17.5 | |
| Усилие подачи, кН | 0-300 | 0-300 | 0-300 | 0-350 | 0-450 | 0-600 |
| Скорость подачи на забой, м/с | 0.033 | 0.025 | 0.017 | 0.025 | 0.035 | 0.014 |
| Частота вращения бурового инструмента, с1 | 0.2-2.5 | 0.25-2.5 | 0.2-2.5 | 0.2-2.16 | 0.2-2.5 | 0-2.1 |
| Крутящий момент на буровом инструменте, кНм | 6 | 3.2-5.2 | 4.2 | 4.2 | 8.7 |
Продолжение таблицы 1.3
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Производитель-ность компрессора, м3/с | 0.417 | 0.417 | 0.417 | 0.417 | 0.834 | |
| Тип хода | Э-1602 | УГ-60 | УГ-60 | УГ-70 | ЭГ-400 | |
| Масса станка, т | 62 | 59 | 71,5 | 85 | 110 |
Станок СБШ-270И3 производства заводы» осуществляет проходку взрывных скважин в горных породах любой крепости при открытом способе добычи полезных ископаемых. Буровой станок оборудован просторной кабиной, обеспечивающей оператору хороший обзор и работу с соблюдением всех норм безопасности по воздействию внешних факторов (шума, вибрации, запыленности, освещенности, температуры).
Основные технологические параметры бурения отображаются на цветных шкалах и цифровом индикаторе (глубина бурения, частота вращения бурового става, усилие подачи, нагрузка на двигатель вращателя, скорость проходки).
Механизмы станка (вращатель бурового става, подачи, хода) приводятся в действие двигателями постоянного тока с питанием от тиристорных преобразователей. Система управления обеспечивает высокую заводскую готовность, снабжена диагностикой с возможностью замены ячеек и блоков без подналадки системы.
Станок СБШ-320-36 предназначен для бурения скважин, диаметром 320 мм и глубиной до 36 м с осевым усилием до 600 кН в породах с коэффициентом крепости до 18. Ход непрерывной подачи (17.5 м) осуществляется двумя канатами, образующих четыре пятикратных полиспаста, два из которых расположены ниже головки бурового става, а два — выше. Привод лебедок, на барабаны которых навиваются канаты, производится при бурении от гидромоторов, а при спуско-подъемных операциях — электродвигателями. Увеличенный расход воздуха на единицу площади забоя по сравнению с другими станками позволяет повысить эффективность очистки скважины от продуктов разрушения и скорость бурения. Большая жесткость металлоконструкции станка достигнута благодаря применению каркаса ферменного типа и установки станка при бурении на четыре гидродомкрата. В хвостовой части рамы установлено два кабельных барабана, позволяющих механизировать уборку и переноску кабеля при переездах станка.
