Пневмоударное бурение

Преимущества станков ударно-вращательного бурения с погружными пневмоударниками - небольшие осевые усилия на инструмент, что при наличии малогабаритных компрессоров высокого давления дает возможность значительно снизить массу и габаритные размеры станков, повысить их производительность и мобильность. Однако выпускаемые станки этого типа позволяют бурить скважины малого диаметра (105-160 мм) и по конструкции они не приспособлены к резким изменениям свойств пород (это ограничивает их применение на угольных карьерах).

В настоящее время на карьерах для бурения скважин диаметром от 105 до 160 мм применяют различные станки с погружными пневмоударниками:

• СБУ-100Г, СБУ-100П (скважины до 125 мм, Г - гусеничный ход, П - пневмоколесный ход, глубина до 35 м, масса соответственно 5 и 4 т);
• 1СБУ-125, 2СБУ-125 (до 125 мм, гусеничный ход, глубина до 24 м, масса 8.5 т);
• СБУ-160 и СБУ-200 (до 160 и 200 мм, в стадии разработки).

Рабочим органом станка является погружной пневмоударник. С помощью клапанного устройства сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит в поступательно-возвратное движение ударник, наносящий удары по хвостовику буровой коронки. Частота ударов 28-41 в секунду. Одновременно вместе со штангой вращается пневмоударник, вращатель расположен вне скважины. Буровая мелочь удаляется из скважины воздушно-водяной смесью или сжатым воздухом.

Доля затрат на буровой инструмент составляет 30-35%. Буровые коронки имеют диаметр 105, 125, 155, 160 и 200 мм. Коронки армируются призматическими и цилиндрическими вставками твердого сплава. По числу разрушающих лезвий коронки различают:

• однодолотчатые (зубильного типа);
• трехперые (применяются при бурении малотрещиноватых диаметром до 105 мм);
• крестовые (этот тип коронок с опережающим лезвием и диаметром до 160 мм применяется для бурения трещиноватых пород);
• Х-образные;
• штыревые (эти коронки, армированные цилиндрическими вставками твердого сплава со сферической разрушающей породу поверхностью, успешно эксплуатируются при удельных энергиях удара, значительно больших по сравнению с долотчатыми и крестовыми коронками).

Режим пневмоударного бурения характеризуется:

• энергией единичного удара;
• усилием подачи;
• числом ударов поршня-ударника в минуту;
• частотой вращения бурового става.

Частота ударов и частота вращения определяют угол поворота коронки между ударами. Энергия удара зависит от массы поршня-ударника, длины его хода и давления сжатого воздуха:

• при небольшом давлении происходит истирание породы и буровой коронки;
• при увеличении давления буровая коронка эффективнее внедряется в породу, разрушение происходит за счет скола и скорость бурения при этом увеличивается (рис. 3.10).

Рисунок 3.10 - Зависимость скорости пневмоударного бурения V_b от давления воздуха P_v.

Техническая скорость бурения V_b (м/ч) определяется по формуле:

где W - энергия удара, Дж;
N - число ударов коронки по забою в секунду;
К_b - коэффициент, учитывающий диапазон изменения П_б (при П_б = 10-14 К_b = 1, при П_б = 15-17 К_b = 1.05, при П_б = 18-25 К_b = 1.1);
D - диаметр коронки, м;
К_f - коэффициент, учитывающий форму буровой коронки (при трехперых коронках К_f =1, при крестовых К_f =1.1).

Большой влияние на эффективность пневмоударного бурения оказывает стойкость буровых коронок. Скорость бурения снижается по мере затупления лезвия буровой коронки, однако частая смена коронок приводит к повышенному расходу бурового инструмента и снижению общей производительности станка из-за увеличения удельного объема вспомогательных операций. Коронки до полного их износа 2-3 раза подвергаются перезаточке.