Способы бурения горных пород

Краткая история развития буровой техники

Лекция 2. 3. БУРИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Бурение горных пород является одной из самых старых отраслей, рождение которой относится к началу каменного века, когда первобытному человеку пришлось сверлить отверстие в каменном топоре.

По утверждению археологов, первобытный человек просверливал отверстие в кусках крепчайших горных пород пустотелой костью, вращая ее и подсыпая под ее торец песок, смоченный водой.

В Египте бурение горных пород было известно уже около 6000 лет назад. При раскопках были найдены пустотелые бронзовые буры, армированные драгоценными камнями.

В Китае издавна для проходки скважин применялось ударное бурение.

В России впервые бурение скважин было осуществлено в 14в. На Тотемском заводе, где было пробурено 100 м скважин ударным способом.

Бурное развитие буровой техники началось со 2^й половины 19в., после изобретения колонкового бурового снаряда и пневматического бурильного молотка (перфоратора).

Значительный вклад в развитие буровой техники внесли наши советские ученые.

Бурение горных пород осуществляется такими способами:

· механическими;

· физическими;

· комбинированными.

Механические способы бурения подразделяются на:

· вращательное бурение;

· ударное бурение;

· ударно-вращательное бурение;

· вращательно-ударное бурение.

3.2.1. Вращательное бурение. При вращательном бурении разрушение породы осуществляется инструментом резцового, шарошечного и алмазного типов под воздействием осевого усилия подачи Р_ос и крутящего момента М_кр для вращения инструмента. В результате непрерывного вращения и поступательного движения резец движется по винтовой линии и своими режущими кромками разрушает горную породу.

Для обеспечения эффективного процесса разрушения величины Р_ос и М_кр должны быть значительными.

Удаление буровой мелочи осуществляется:

· с помощью витых штанг или шнеков;

· сжатым воздухом;

· водой;

· воздушно-водяной смесью.

Область применения:

а. Бурение резцами малоабразивной горной породы с крепостью до 6-8 по шкале профессора Протодьяконова М.М.

б. Шарошечное бурение – породы средней крепости и крепкие (f =18-20)

в. алмазное бурение – крепкие и весьма крепкие абразивные горные породы с f до 20 (геологоразведка).

Достоинства:

а. Бурение резцами – непрерывность процесса разрушения и высокая скорость бурения;

б. Шарошечное бурение – возможность бурения крепких горных пород, лучшие показатели при бурении взрывных скважин в сравнении с другими типами;

в. Алмазное бурение – высокая износостойкость, возможность бурения крепких, абразивных горных пород.

Недостатки:

а. Бурение резцами – значительный износ резцов при бурении крепких абразивных горных пород и поэтому ограниченная область применения;

б. Шарошечное бурение – необходимость создания на инструмент значительных осевых усилий, значительная стоимость инструмента;

в. Алмазное бурение – высокая стоимость инструмента, низкие скорости бурения.

3.2.2. Ударное бурение. При ударном способе бурения разрушение горной породы производится лезвием бурового инструмента внедряющегося в породу под действием удара Р_уд.

После удара буровой инструмент поворачивается и по нему наносится очередной удар и т.д. осевая нагрузка на инструмент Рос или отсутствует (станки ударно-канатного бурения) или небольшая (перфораторы). Величина Мкр незначительная. Область применения применяется для бурения пород средней крепости, крепких и весьма крепких. Достоинство: возможность бурения крепких абразивных пород. Недостаток: сравнительно низкая скорость бурения из-за периодического воздействия инструмента на породу.

3.2.3.Ударно-вращательное бурение. При ударно-вращательном бурении по непрерывно вращающемуся буровому инструменту наносится значительная ударная нагрузка Р_уд. Инструмент прижимается к забою сравнительно небольшим усилием Р_ос под действием небольшого крутящего момента М_кр.

Область применения: крепкие абразивные горные породы с f=8-20.

Достоинства: возможность бурения глубоких скважин.

Недостатки: те же что и при ударном бурении.

3.2.4.Вращательно-ударное бурение. При вращательно-ударном бурении разрушение породы происходит под действием на буровой инструмент значительной по величине осевой нагрузке Р_ос, ударной нагрузке Р_уд, и крутящего момента М_кр.

Разрушение породы осуществляется за счет резания. Ударная нагрузка способствует улучшению условий внедрения инструмента в породу.

Область применения: неабразивные породы средней крепости крепкие

f =6-14.

Достоинства: высокая бурения.

Недостатки: низкая прочность бурового инструмента.

3.2.5. Физические способы бурения. При физических способах бурения на разрушаемую горную породу воздействуют газами, жидкостями электрическим током, теплом или другими энергоносителями.

3.2.6. Огневое бурение. При огневом способе бурения на забой скважины подается со сверхзвуковой скоростью струя газов, имеющих температуру 2500-3000° и водяная струя.

Дата добавления: 2014-10-17