Вспомогательные работы при бурении

Процесс бурения связан с выполнением ряда вспомогательных работ:

• подготовка рабочих мест буровых станков (площадок уступов);
• подготовка самих станков и вспомогательного оборудования к бурению скважин;
• бесперебойное обеспечение станков электроэнергией, материалами, буровым инструментом;
• учет и обеспечение сохранности пробуренных скважин;
• ремонт станков;
• наращивание и перестройка линий электропередач;
• перемещение силового кабеля.

Подготовка площадок уступов к бурению заключается в:

• освобождении их от оборудования (перенос транспортных коммуникаций, линий электропередач, трансформаторных подстанций и др.);
• планировке и очистке от снега (выравнивании навалов породы, засыпке углублений, ликвидации возвышений);
• устройстве дорог для перемещения станков.

Эти работы выполняются с применением бульдозеров и вспомогательного бурового оборудования (бурильных молотков, пневмоударных станков).

После подготовки площадок уступов к бурению производят:

• маркшейдерскую съемку подготовленных площадок;
• вынос проектных отметок расположения скважин на местность;
• подвод энергии (сжатого воздуха, воды);
• перемещение станков на обуриваемый блок уступа;
• подключение станков к трансформаторным подстанциям;
• подготовка станков к работе (подъем мачт, подключение воздушных магистралей, замена бурового инструмента и др.).

Буровой инструмент, материалы и запасные части доставляют на железнодорожных платформах или автомашинах, оборудованных кранами. При концентрации на небольшой площади нескольких буровых станков целесообразно оборудовать простейшие передвижные мастерские, служащие также для хранения инструмента, смазочных материалов и мелких запчастей, для обогрева и отдыха рабочих.

При вынесении проекта обуривания на местность у точек расположения скважин проставляются их номера и проектная глубина. Фактическую глубину скважины определяет машинист станка и выборочно - горный мастер. Дополнительный контроль выполняют взрывники перед зарядкой скважин. Допустимые отклонения параметров сетки и глубины скважин составляют не более 0.3 м.

Длительность сохранения скважин ограничена. Со временем уменьшается их фактическая их глубина из-за обрушения стенок скважин, снежных заносов, наездов автомашин и бульдозеров, сотрясения и др. Особенно интенсивно обрушение стенок наклонных скважин. В среднетрещиноватых породах оно происходит в первые 5-10 дней, а в сильнотрещиноватых породах нарастает со временем. Особенно опасно оплывание скважин в вечно мерзлых глинистых породах в летний период.

Время повторного разбуривания поврежденных скважин достигает 5-6% календарного времени работы буровых станков.

Для уменьшения объема повторного бурения необходимо максимально сокращать переходящий остаток невзорванных скважин.

В зимний период в устьях скважин могут возникать ледяные и снежные пробки глубиной до 2-3 м, поэтому необходимо плотно закрывать устья скважин. Для удобства отыскания скважин в период снежных заносов необходимо выставлять сигнальные вешки.

Целью автоматического управления процессом бурения является:

• облегчение труда буровой бригады;
• достижение высокой производительности станка при снижении затрат;
• выполнение планового объема бурения в заданный срок.

Полностью эти цели могут быть достигнуты после разработки методов и технических средств автоматического управления производственными процессами на карьере в их оптимальном режиме. В настоящее время разрабатываются методы и технические средства автоматического управления буровым станком независимо от других процессов.

Оптимальные критерии устанавливаются для конкретного вида бурения и породоразрушающего инструмента. В качестве таких критериев принимают:

• минимум времени на бурение скважин;
• наилучшие технико-экономические показатели буровых работ(например, минимум затрат на бурение 1 м скважины).

Технико-экономические критерии используются в системе автоматического регулирования косвенно, так как непосредственная их апроксимация в виде электрических сигналов, необходимых для управления, невозможна.

При ручном управлении машинист вынужден постоянно регулировать либо усилие подачи, либо частоту вращения, выдерживая их постоянными при определенной глубине скважины. Автоматизация процесса шарошечного бурения сводится пока к регулированию частоты вращения и усилия подачи на основе анализа в процессе бурения механических и электрических характеристик станка. При этом частоту вращения бурового инструмента можно регулировать в зависимости от усилия его подачи на забой, а усилие подачи - в зависимости от величины нагрузки (крутящего момента) двигателя станка. Подача должна быть плавной и непрерывной, а усилие подачи долота на забой должно превышать сопротивляемость горных пород разрушению, за счет чего обеспечивать наиболее эффективную скорость разрушения.

В разрабатываемых системах автоматизации в породах различной трудности бурения автоматически регулируется и частота вращения бурового инструмента (на основе регистрации скорости бурения), и усилие подачи, которое принимают прямо пропорциональным буримости пород.

В некоторых системах автоматизации поддерживается установленный оптимальный режим бурения, а сам же оптимальный режим бурения для конкретных пород определяется и устанавливается при ручном управлении процессом бурения.

Известны системы автоматического регулирования усилия подачи (поддержания его оптимальной величины) по заранее заданной технической скорости бурения и при постоянной частоте вращения бурового става.

Есть система регулирования режима бурения по допустимому уровню вибрации станка. При этом усилие подачи задается максимальным, а частота вращения регулируется по уровню вибрации, при превышении установленного предела которого дается команда о снижении частоты вращения става. При этой схеме автоматического регулирования технические возможности буровых станков используются максимально.

Последующая стадия автоматизации процесса бурения связана с переходом к программному управлению буровым станком в соответствии с предусмотренной последовательностью работ исполнительных механизмов станка как в процессе бурения, так и при выполнении вспомогательных операций.

Диспетчерский дистанционный контроль и управление процессом бурения основаны на круглосуточной автоматической передаче и регистрации на пункте диспетчера информации о бурении скважин (обычно одного параметра - усилия подачи бурового инструмента на забой). Эта информация может передаваться по проводным каналам связи или радио.

По диаграмме записи усилия подачи бурового инструмента диспетчер или руководитель получают полное представление о состоянии буровых работ:

• число и глубина скважин;
• скорость бурения на разных глубинах;
• спуско-подъемные операции и наращивание бурового става;
• буримость породы;
• простои в работе и др.

Это дает возможность квалифицированно руководить работами и выбирать рациональные режимы бурения.

Созданы телевизионные устройства, позволяющие производить непосредственные наблюдения в скважинах для изучения строения буримых горных пород.

Организация работы буровых станков должна обеспечить максимальную их эффективность и взаимосвязь бурения с другими процессами на карьере.

Подготовка рабочих мест буровых станков осуществляется по буровым блокам соответственно блоковому взрыванию горных пород. После обуривания одного блока станки перемещаются на новый блок соответственно плану горных работ.

Подготовительные работы выполняются:

• дорожной бригадой;
• бульдозеристами;
• службой высоковольтных сетей;
• маркшейдерской службой;
• самим буровым цехом и другими цехами и участками.

Для максимального совмещения работ во времени составляют график работ по подготовке блока (рис. 3.11).

Рисунок 3.11 - График подготовки рабочего блока к бурению
1 - очистка от снега; 2 - планировка площадки; 3 - маркшейдерская съемка блока; 4 - составление проекта бурения; 5 - разметка скважин; 6 - монтаж ЛЭП и подключение станков; 7 - подготовка станков к работе

Цель составления графика состоит в том, чтобы, зная состав и длительность всех работ, а также необходимый срок их окончания, определить последовательность их выполнения и необходимые моменты начала каждой работы. Контроль за выполнением графиков осуществляет начальник бурового участка и производственный отдел карьера.

Порядок обуривания блока характеризуется последовательностью бурения отдельных скважин, то есть схемой передвижения станков. При ограниченном фронте работ допускается начало обуривания блока при его неполной подготовке. При бурении скважин первого ряда станок должен располагаться перпендикулярно к бровке уступа, так, чтобы горизонтирующие домкраты и гусеницы находились вне призмы возможного обрушения откоса уступа.

Порядная схема перемещения станков (рис. 3.12, a) применяется чаще всего при отставании буровых работ и взрывании одного ряда скважин. При расстоянии между скважинами в ряду а общее расстояние передвижки станка по этой схеме составляет 1.85 а, а удельное время передвижки на одну скважину 10-12 мин при а = 7-10 м.

Поперечно - диагональная схема (рис. 3.12, с) перемещения станков целесообразна при числе рядов скважин не более трех и их шахматном расположении. При бурении каждых трех скважин станок проходит расстояние 5 а и выполняет два разворота на 45 градусов. Удельное время передвижки станка 5 мин.

Поперечно - возвратная схема (рис. 3.12, b) применяется при квадратной сетке скважин. Здесь на каждую скважину расстояние переезда составляет 1.5 а и приходится 0.7 разворота на угол 25-30 градусов.

Рисунок 3.12 - Схемы перемещения буровых станков при обуривании рабочего блока

Поперечные схемы передвижки обеспечивают значительную экономию машинного времени буровых станков, а также лучшие условия их эксплуатации и более планомерную подготовку блока к взрыву.

При использовании на одном обуриваемом блоке 2-3 станков целесообразно их рассредоточить, выделяя для каждого станка отдельный фронт работ. Станки обычно подключаются к общему трансформаторному киоску и обслуживаются общим вспомогательным оборудованием. При этом расстояние между ними не превышает 20-30 м, что обеспечивает фронт работы каждого станка на 2-3 смены. При большей автономности станков (отсутствие общих емкостей для воды, трубопроводов и др.) это расстояние следует увеличивать до 50-100 м, то есть практически вести бурение на разных крыльях блока.

Номера и проектная глубина скважин, а также общий объем работ указываются при выдаче буровым бригадам сменного наряда. В конце смены горный мастер заносит показатели выполненного объема бурения в специальный журнал. Эти данные также фиксируются в диспетчерских сменных рапортах и являются основой для оплаты труда членов буровых бригад с учетом маркшейдерских замеров.

При работе станков, помимо собственно бурения, производятся следующие вспомогательные операции:

• опускание и подъем бурового става;
• наращивание и разборка бурового става;
• очистка скважины;
• замена бурового инструмента;
• перемещение станка между скважинами и установка его;
• перенос кабеля и др.

Время, затрачиваемое на выполнение этих операций, зависит от:

• вида бурения;
• кинематической схемы станка;
• длины штанг;
• уровня механизации наращивания и разборки бурового става и смены коронок (долот);
• расстояния между скважинами и других факторов.

С достаточной точностью суммарное удельное время выполнения основных (бурение) и всех вспомогательных операций, приходящееся на 1 м пробуренной скважины, можно считать постоянным для принятой модели бурового станка при определенном показателе трудности бурения породы Пб. В этом случае сменная производительность бурового станка (м/смену) без учета внеплановых простоев

,

3.4

где Т_s, Т_pz и Т_p - продолжительность соответственно смены, подготовительно-заключительных операций и регламентированных перерывов в смене, ч, Т_pz + Т_p = 0.5-1.0 ч;
t_о и t_v - соответственно основное и вспомогательное время на бурение 1 м скважины, ч;

,

3.5

V_b - техническая скорость бурения скважины, определяемая конкретно для каждого вида бурения и модели станка.

Вспомогательное время t_v устанавливается путем измерения продолжительности всех вспомогательных операций при бурении скважины определенным станком. В приближенных расчетах оно может приниматься по материалам технического нормирования:

• шнековое бурение - при П_б = 1-5 t_v = 1.5-4.5 мин;
• шарошечное бурение - t_v = 2-4 мин;
• пневмоударное бурение - при П_б = 6-25 t_v = 4-8 мин.

Чистое время работы станка в течение смены (ч)

,

3.6

где n - число скважин, пробуренных за смену;
L_i - глубина i-й скважины, м.

Продолжительность смены (ч)

Тs > ТR + Тpz + Тp,,

3.7

Тs - (ТR + Тpz + Тp) = Тps,

3.8

где Т_ps - общее время внутрисменных простоев бурового станка, ч.

Практически Т_ps = (0.15..0.23) Т_s, то есть ежесменные простои каждого станка достигают 0.9-1.3 часа.

Причины простоев:

• аварийные остановки и ремонты (до 35%);
• внеплановые отключения электроэнергии;
• сверхнормативные затраты времени на технологические операции.

Длительность простоев зависит от:

• совершенства конструкции;
• кинематической схемы станка;
• степени соответствия комплектующего оборудования условиям эксплуатации;
• уровня трудовой дисциплины и квалификации персонала;
• внутрисменных имеются еще целосменные простои буровых станков.

Причинами этих в основном организационных простоев (до 15-20% общего годового фонда времени) являются:

• плановые и внеплановые ремонты и перегоны станков;
• отсутствие экипажей;
• перерывы при взрывных работах;
• отсутствие фронта работы и др.

Таким образом, в целом потери рабочего времени составляют до 35%.

С учетом различных вспомогательных работ коэффициент производительного использования буровых станков на карьерах составляет от 0.35 до 0.60.