Техническая характеристика НКР-100М

ЛЕКЦИЯ № 11

Бурение скважин

Различают штанговое (перфораторами с составными штангами), погружными пневмоударниками, шарошечное, вращательное твердосплавными и реже алмазными коронками.

Штанговое бурение. – основной способ бурения скважин уменьшенного диаметра. Перфораторы применяют тяжелые, в основном с независимым вращением бура: установки КБУ-50, КБУ-70, БУ-70у, СБУ-3к, КС-50, Удар-1, Удар-2 оснащенные перфораторами (буровыми головками) ПТ-36, ПК-60, ПК-80, БГА-1, БГА-2 и т.п.

Производительность станка КБУ-50 при бурении коронкой d=56 мм по породам f=12-14 составляет 50-60 м/смену.

При применении мощных импортных перфораторов с энергией удара до 260 Дж и диаметром поршня до 130 мм, для бурения скважин диаметром 51-70 мм производительность составляет 300-500 м/смену.

См. приложение «Буровые установки штангового бурения скважин».

Недостатком штангового бурения является уменьшение скорости бурения с увеличением глубины скважин – сила удара поглощается инерцией става штанг.

Этот недостаток устраняется при бурении скважин погружными пневмоударниками. Способ предложен С.П. Юшко в 1949-1951 гг.

При этом способе ударный механизм вводится в скважину, а вращатель устанавливается у устья скважины.

Основной объем бурения скважин на отечественных рудниках производят станками НКР-100М, диаметр скважин 105-110 мм, и станками ЛПС-3, диаметр 150 мм. Выпускаются пневмоударники П-105, М-48, П-75, ПБ-85, П-125 и др.

Производительность станков при бурении коронками диаметром 100 мм в направлении от вертикального вниз до наклонного вверх с углом наклона не более 30⁰ на глубину до 50 м по породам с коэффициентом крепости 4-6, 10-14 и 19-20 составляет соответственно 40, 15 и 5 м/смену.

Увеличение глубины скважин снижает скорость бурения в связи с ростом продолжительности спускоподъемных операций, повышением затрат энергии на преодоление трения штанг о стенки скважин, а при бурении вверх снижает давление инструмента на забой, что снижает скорость, например на 20-40% при глубине до 40-50 м.

Буровые камеры для бурения горизонтальных скважин станками НКР-100м должны быть высотой не менее 2 м, шириной 3-3,5 м, а длиной не менее 2,5 м. При бурении восходящих или нисходящих скважин высота буровой камеры должна быть 3-3,5 м, ширина – не менее 2,5 м.

Два человека обслуживают 2 или 3 станка.

Техническая характеристика НКР-100М

 

Масса, кг Тип двигателя на вращателе Частота вращения, с-1 Крутящий момент, Н*м Длина штанги, м Расход воздуха, м3/мин Глубина бурения, м Диаметр скважины, мм Усилие подачи, кН

электрический, 4МО5 1,2 105, 110

 

Шарошечное бурение. Заимствовано из нефтяной промышленности. В горном деле применяется с 1949 г. В отличие от нефтяной, в горнорудной промышленности применяются меньшие диаметры и промывочная вода (вместо глинистых растворов), а шарошечные долота армируются твердым сплавом.

Наиболее распространен станок БШ-145. Выпускались станки БШ-150, АБШ-3. Каждый станок обслуживается 2 рабочими.

Преимущества шарошечного бурения по сравнению с бурением погружными пневмоударниками:

· меньше запыленность атмосферы и шум при работе станка;

· более высокая (в 2-3 раза) производительность станка по очень крепким породам;

· меньший износ долот по диаметру и более высокая стойкость их;

· меньшая стоимость бурения на 1 м³ отбитой руды.

Преимущества бурения погружными пневмоударниками по сравнению с шарошечным бурением:

· более легкое и транспортабельное оборудование;

· меньшее число обслуживающих рабочих;

· более широкая область возможного применения, включая залежи ограниченной мощности с неправильным залеганием, где приемлемый диаметр скважин не превышает 110 мм.

Вращательное бурение твердосплавными коронками применяют при коэффициенте крепости пород до 6-8. Продукты разрушения из скважины удаляются водой. Для бурения диаметром 45-80 мм применяют станки СВБ-50, СВБ-80 и др. Коронки используют, как правило, торцевого резания, армированные пластинчатыми или цилиндрическими вставками твердого сплава ВК-15, ВК-8, ВК-11 и др. Производительность станка 120-150 м/смену.

Точность бурения скважин. Отклонение скважин при бурении достигает 12-15% их длины, что является причиной выхода негабарита. Работают над приборами и устройствами, которые допускают отклонение 2-3%.

 

Условия применения способов бурения скважин:

1. Штанговое f≤15; L≤25-30 м; d=40-85мм.

2. Погружными пневмоударниками f>8; L=15-50м; d=100-150 мм.

3. Шарошечное f>8; L=15-100м; d=150-250 мм.

4. Вращательное f≤8; L=10-40 м; d=45-80мм.

Выбор способа бурения скважин. При выборе руководствуются общими соображениями по условиям применения. Однако выбор может производиться на основе экономического сравнения, по затратам на проведение буровых выработок, бурение, заряжание и т.п.

Современные буровые установки – см. приложение

Расчет бурения скважин. В зависимости от исходных данных и типа бурового оборудования для определения производительности бурения скважин можно пользоваться одной из следующих зависимостей:

При бурении станками ударно-вращательного действия с по­гружными пневмоударниками производительность станка, м/смену, опре­деляем по формуле:

 

, м/смену

 

где Т_см - продолжительность смены, мин; Т_пз и Т_об - время на подгото­вительно-заключительные операции и обслуживание рабочего места, мин (равно 21 и 25.5 мин соответственно для станков типа НКР и ЛПС); t_о - основное (чистое) время бурения 1 м скважины, мин; L - глубина сква­жины (средняя), м; В - стойкость коронки на одну заточку, м; t_ш = 2 мин - время на свинчивание- навинчивание штанг; l_ш = 1 м - длина штанги; t_к =16 мин - время на замену долота; t_в - время на передвижку с веера на веер (t_в =11 мин; при бурении параллельных скважин t_в - время передвижки со скважины на скважину); t_с - время перехода со скважины на скважину (равно 33 и 0 при бурении соответственно веерных и параллельных сква­жин); m - число скважин в веере (для кругового веера m » 2pL/a_max); а_max - максимальное расстояние между концами скважин в веере, м.

Значения чистой скорости v и стойкости коронки В при бурении скважин диаметром 105 мм для различной крепости пород f приведены ниже:

 

f....................... 20-18 16-14 14-12 12-10 10-8

v, м/мин......... 0.042-0.047 0.065 0.08 0.098 0.12

B, м................. 2 4 6 8 12

 

Для станков вращательно-ударного (штангового) бурения сменная производитель­ность, м:

 

,

 

где n_б - число бурильных машин на станке; k_в - коэффициент исполь­зования станка; v_п - скорость спуска подъема става штанг, м/мин. t_к » 4,2 мин, t_с » 14.6 мин.

Сменную производительность также можно определять по упрощен­ным формулам И.Ф.Медведева:

 

Q_б = k_в * v_о[T_см - T_пз - T_всп]

или

Q_б = k_в (T_см - T_пз)/[(1/v_о) + t_уд],

 

где Т_всп - время на вспомогательные операции, мин; t_уд = Т_всп /v_о - удельные затраты на вспомогательные операции, мин/м.

Расчетные данные для определения производительности приведены в следующей таблице:

 

 

Буровой станок	Чистая скорость бурения, м/мин	Твсп мин	tуд мин/м
	f = 6-9	f = 10-13	f = 14-18
2СБУ-70 ПБУ-70 КБУ-50 ПТ-36	0.65 0.65 0.4-0.45 0.15	0.425 0.425 0.32-0.35 0.12	0.25 0.25 0.25 0.08

 

Cменная производительность станков шарошечного бурения, м:

 

Q_б = T_см *k_в *v_о

 

где Т_см - время смены, час; k_в = 0.55-0.6 - коэффициент использования машинного времени; v_о - механическая скорость бурения, м/час,

 

v_о = 0.26* F_о *n^0.8/(f^1.6 *d)

 

где F_о - осевая нагрузка на долото (для станков БШ-145 F_о = 167 кН), кН; n - частота вращения долота (для БШ-145 n=2.76 с^-1); f - коэффициент крепости руды; d - диаметр долота, м.

Показатели бурения штыревыми шарошечными долотами при раз­лич­ных коэффициентах крепости приведены ниже:

 

коэффициент

крепости 4-8 8-10 10-12 12-14 14-16 16-18 18-20

скорость

бурения, м/ч 50 40 30 15 10 6 4