Буровые работы на карьерах Исполнитель

Буровые работы на карьерах.

План:

1. Понятие о буровых работах.
2. Виды бурения, технологическая характеристика и режимы бурения.
3. Параметры взрывных скважин

{spoiler=Продолжать Читать}

Цель занятия – формирование знаний в области взрывной подготовки горной массы к выемке и приобретение навыков расчета параметров скважинных зарядов.

Понятие о буровых работах.

При открытой разработке скальных месторождений практически все горные работы ведутся с предварительным рыхлением пород взрывным способом, что требует применения высокопроизводительной буровой техники. На её выбор влияют горно-геологические условия, масштаб месторождения, параметры системы разработки, физико-механические свойства горных пород.

Бурение скважин - трудоёмкий и дорогостоящий процесс, особенно в скальных, трудноразрушаемых породах.

Эффективность бурения взрывных скважин определяется скоростью бурения, которая зависит от:

• способности породы разрушаться под воздействием бурового инструмента (основной фактор);
• вида и формы бурового инструмента, способа его воздействия на забой скважины;
• усилий и скорости воздействия бурового инструмента на забой скважины;
• диаметра скважины и её глубины;
• способа, скорости и тщательности удаления из забоя скважины буровой мелочи, препятствующей разрушению породы.

Буримость – степень сопротивляемости породы разрушению буровым инструментом. Она включает в себя в скрытом виде такие механические характеристики пород, как упругие свойства, прочность, пластичность, а также технологические показатели твёрдость, вязкость и абразивность.

Одним из главных параметров, влияющих на интенсивность ведения буровых работ, является механическая скорость бурения взрывных скважин, которая определяется как неуправляемыми, так и управляемыми факторами.

Технологические параметры буровых станков и физико-технические характеристики горных пород определяют в целом эффективность бурения взрывных скважин. При выборе технических средств бурения в конкретных условиях или для последующих технологических и экономических расчетов используют относительный показатель трудности бурения породы П_б, величина которого может быть определена из эмпирического выражения

П_б=0,07(s_сж+s_сдв)+0,7                                                                         (4.1)                                                         

где  - плотность пород, т/м³

В соответствии с величиной П_б все горные породы  разделены на 5 классов (25 категорий).

I класс – легко буримые (Пs=1-5);

II класс – средней буримости Пs=6-10;

III класс – труднобуримые Пs=11-15;

IV класс – весьма труднобуримые Пs=16-20;

V класс – исключительно труднобуримые Пs=21-25.

При термическом бурении горные породы характеризуются показателем термобуримости, который количественно представлен критерием термобуримостиП_тб и температурой разрушения в ⁰С Т_р;

                                                                                      (4.2)

                                                                              (4.3)

- коэффициент линейного теплового расширения породы,1/^оС;

Е – модуль Юнга, МПа;

с – объемная теплоемкость породы Дж/(см³⁰С);

s_р– предельное сопротивление породы разрушению, МПа;

К_пл – коэффициент пластичности породы;

s_сж - предельное сопротивление породы сжатию, МПа;

n - коэффициент Пуассона.

Величина П_тб соответствует объему идеально упругой породы, разрушаемой при воздействии на нее тепла в 1 Дж. Величина П_тб может изменятся от 2*10^-8 до 5*10^-6 м³/Дж.

По критерию термобуримости горные породы делятся на три класса.

I – хорошо термобуримые, П_тб³5*10^-7 м³/Дж;

II – термобуримые, П_тб=5*10^-7 – 5*10^-8 м³/Дж;

III – труднотермобуримые, 5*10^-8 м³/Дж£П_тб.

Обычно разрушающее напряжение в породе создаются при температурах 300-600⁰С. Наиболее эффективно разрушаются породы, состоящие из минералов с различными коэффициентами теплового расширения, при небольших коэффициентах теплопроводности и больших значениях модуля упругости Е. Трудно поддаются термическому разрушению мягкие, рыхлые и жилистые породы.

Виды бурения, технологическая характеристика и режимы бурения.

В зависимости от способа воздействия породоразрушающего инструмента на забой, используемые в настоящее время буровые станки делятся на две группы: механического воздействия (станки ударного, вращательного, ударно-вращательного бурения); физического воздействия (станки термического бурения).

Ударное бурение применяется в очень ограниченных масштабах (около 1% общего объема бурения) в закарстованных разнородных, разнопрочных и мерзлых породах  (Пs=10-20).Диаметр скважин составляет 150-350 мм, их глубина до 50 м. Для ударного бурения скважин используют станки БУ-20-2М, БУ-20-2У, БС-1М.

Вращательное ( шнековое ) бурение широко используется для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 125-160мм и глубиной до 25м в породах с П_d=1-6. Для шнекового бурения используют станки СБР-125, СБР-160,СБР-200.

Шарошечное бурение наиболее широко применяется на открытых работах в различных горно-геологических и климатических условиях при бурении скважин диаметром 190-320мм и глубиной до 35м в породах с П_s=8-17. Для шарошечного бурения используют станки 2СБШ-200Н, СБШ-250МН, СБШ-320.

Ударно-вращательное бурение используется при бурении вязких пород с П_s=4-25. Для бурения скважин диаметром 100-200мм глубиной до 30м погружными пневмоударниками применяются станки СБУ-125, СБУ-160, СБУ-200.

Термическое бурение применяется ограниченно для бурения в труднобуримых кварцесодержащих породах(с Пs=8-15) скважин диаметром 200-400мм и глубиной до 18-20 м.

Гидравлическое бурение основано на действии тонкой высоконапорной струи воды, подаваемой на забой скважины со сверхзвуковой скоростью. Скорость бурения в гранитах достигнута 9 м/ч.

Ультразвуковое бурение заключается в воздействии на горную породу ультразвуковых колебаний бурового инструмента и кавитационного эффекта в промывочной жидкости.

Взрывное бурение производится с помощью жидких или твердых зарядов ВВ, а так же струйным способом. В настоящее время создаются опытные станки взрывного бурения скважин диаметром до 300 мм и глубиной  до 40 м и промышленные взрывобуры для вторичного дробления негабаритов.

Плазменное бурение осуществляется за счет возникающих высоких термических напряжений и частично за счет плавления и испарения скальных пород при нагреве забоя скважины плазменным факелом, образующимся в плазмотроне электрической дуги между вольфрамовым электродом и соплом газовой горелки (охлаждаемой водой) при прохождении азота или смеси азота и водорода.

Параметры взрывных скважин.

К основным параметрам скважины относятся (рис. 3.1) глубина, диаметр и угол наклона скважины. От этих параметров, а также типа и плотности ВВ, размеров сетки скважин на уступе и порядка взрывания зависят вместимость 1 м скважины, выход взорванной породы (взрываемый объем) на 1 м скважины, конструкция заряда.

Рис.4.1. Взрывная скважина

Глубина скважины L_с  определяется высотой взрываемости уступа H_y, углом наклона скважины к горизонтуbи величиной «перебура» скважины l_п  ниже отметки подошвы уступа:

.                                                                       (4.4)

По величине угла b различают горизонтальные, наклонные и вертикальные скважины.

В основном в настоящее время применяют вертикальные скважины. Горизонтальное расположение взрывных скважин (b=0) не нашло пока распространения на карьерах и используется в частных случаях. Наклонные скважины бурят под углом 60⁰≤b≤85⁰; при b< 60⁰ весьма затрудняется ручное заряжание скважин россыпными ВВ. При взрывании наклонных скважинных зарядов, когда b=α, где α–угол откоса уступа, сопротивление породы взрыванию постоянно по высоте уступа, отрыв пород происходит, как правило, по линии скважин, улучшается степень дробления, хорошо прорабатывается подошва уступа, может быть снижен на 5-7% расход ВВ.

Перебурскважины необходим для качественного разрушения пород в подошве уступа и должен составлять

.                                                                              (4.5)

Перебур ведет к увеличению объема бурения, нарушению кровли нижнего уступа, вследствие чего в легковзрываемых породах его принимают минимальным. В трудновзрываемых породах при использовании многорядного короткозамедленного взрывания иногда l_п>15d_c. Перебур не производят или даже не добуривают скважину подошвы уступа, если нижележащий уступ представлен тонким пластом полезного ископаемого или пластичными породами.

Длина заряда в скважине l_вв желательно максимальная для рассредоточения заряда по высоте уступа, что улучшает дробление пород. Концентрация заряда при увеличении диаметра скважины ведет к увеличению кусковатости взорванной породы, выхода «негабарита» и объема переизмельченной породы вблизи заряда.

Забойка скважиныдолжна быть плотной, ее средняя длина l_з, с одной стороны, должна быть достаточной для предотвращения утечек продуктов взрыва, выброса породы и образования сильной ударной воздушной волны, но, с другой стороны, l_з ограничивается по условию возможного удаления заряда ВВ от кровли уступа и размером зоны нерегулируемого дробления. Обычно

.                                                                            (4.6)

Верхний предел относится к чрезвычайно трещиноватым, а нижний–к практически монолитным трудновзрываемым породам. В качестве материала для забойки применяются буровая мелочь, песок, щебень, хвосты обогатительных фабрик с размерами частиц не более 50 мм.

Длина заряда ВВ

.                                   (4.7)

Диаметр скважины должен обеспечить размещение требуемого для взрыва заряда ВВ при установленной его длине l_вв, а также возможно большую зону регулируемого дробления заряда. Диаметр скважины выбирается на основе технико-экономических расчетов. С диаметром заряда тесно связано возможное расстояние от центра заряда до свободной поверхности, т.е. линия наименьшего сопротивленияl_н.с.. От диаметра скважины (в дм) зависит ее вместимость:

.                                                                       (4.8)

где - плотность заряжания ВВ в скважине, кг/м³.

При ручном и механизированном заряжании величина  соответственно равна 0,9 и 1 кг/дм³, а при применении водонаполненных ВВ=1,4-1,6 кг/дм³.

В действующих карьерах при определенном виде применяемого бурового оборудования и инструмента диаметр скважин является обычно заданной величиной, и применительно к нему и проектному удельному расходу ВВ определяют массу заряда и объем породы, подлежащей взрыванию.

Конструктивно скважинный заряд может быть сплошным или рассредоточенным.У последнего основной заряд расположен в нижней части, а один – два дополнительных заряда - в средней и верхней частях скважины, что позволяет уменьшить размеры зоны нерегулируемого дробления и выход негабаритных кусков, особенно в крупноблочных породах.

Ключевые слова:

Термическое бурениеУдарно-вращательное бурениеШарошечное бурениеВращательное ( шнековое ) бурениеУдарное бурениеГидравлическое бурение Ультразвуковое бурениеВзрывное бурениеПлазменное бурение, глубина скважины, перебур, линия наименьшего сопротивления, забойка скважины, длина скважины 

Контрольные вопросы:

1. Что такое буримость породы?
2. Как определяется показатель буримости?
3. Какие виды бурения вамизвестны?
4. Перечислите параметры бурения

Список использованной литературы:

1. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М., Изд. МГГУ, 1994.

2. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. М., «НЕДРА», 1982.

3. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М., «НЕДРА», 1973, 285 с.

4. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. М., «НЕДРА», 1978, 544 с.

{/spoilers}