О перспективах применения на открытых горных работах зарубежных мобильных буровых установок с гидравлическими перфораторами

О перспективах применения на открытых горных работах зарубежных мобильных буровых  установок с гидравлическими  перфораторами

Начиная с 60-х  годов, научно-технический прогресс в области бурения на карьерах СССР базировался, в основном, на создании и использовании мощных высокопроизводительных станков вращательного действия и шарошечных долот, которые раньше использовались лишь для бурения  скважин на нефть и газ.

В результате к  началу 90-х годов шарошечное бурение  стало основным на карьерах, при  этом наиболее распространенным буровым  станком как в России, так и в странах СНГ стал СБШ-250 с диаметром бурения скважин 250 мм. Общий буровой парк на предприятиях черной и цветной металлургии, странах СНГ в начале 90-х годов составлял около 700 ед., из них более 600 единиц были станки СБШ-250. За прошедшие годы общая картина мало изменилась.Буровые станки с другими диаметрами скважин не находили широкого применения, поэтому их техническая база развивалась слабо.

В настоящее  время горнодобывающая промышленность России претерпевает определенные изменения. Наметилась тенденция приоритетного  освоения небольших месторождений  с коротким сроком возврата инвестиций, в основном, в золотодобывающей промышленности и в ряде других отраслей с наиболее дефицитным сырьем.

Первостепенное  значение стало уделяться качеству добываемого сырья и селективным  методам добычи, с уменьшенными выемочными параметрами добычных работ (высота уступа, ширина рабочей площадки, ширина буровой заходки и прочее).

В этих условиях возникает необходимость уменьшения параметров и единичной мощности добычного и бурового оборудования. Возрастают требования к его мобильности  при сохранении высокой производительности, позволяющие иметь необходимый  маневр техники при отработке  нескольких участков одного месторождения  с разными содержаниями полезного  компонента, или последовательной отработки  нескольких мелких месторождений или  параллельной отработки сближенных участков одного месторождения.

Это дает возможность  одним и тем же комплексом оборудования выполнять большой объем работ  и минимальными средствами обеспечивать управление качеством поступающей  на переработку руды.

В то же время  отечественная промышленность не в  состоянии полностью удовлетворить  потребность горнодобывающих предприятий  в мобильном, высокопроизводительном буровом оборудовании, позволяющим  бурить скважины уменьшенного диаметра (50 - 200 мм).

Выпускаемые отечественной  промышленностью устаревшие станки СБУ 100, 125, предназначенные для бурения  скважин диаметром 100 - 125 мм не могут  сравниться ни по производительности, ни по надежности с зарубежными буровыми станками ударно-вращательного бурения  оснащенных гидравлическими перфораторами. Здесь следует отметить, что бурение  пневматическими перфораторами  уступает гидравлическому не только по производительности, но и по энергетическим затратам. Так, по экспертной оценке, энергетические затраты при пневматическом бурении в 4-7 раз выше, чем при гидравлическом.

Более низкая, по сравнению с зарубежными аналогами  производительность станков ударно- вращательного бурения, объясняется, как невысокими эксплуатационными  качествами отечественного оборудования, так и более низкой скоростью  бурения (чистой скоростью проникновения  в породу).

При этом существует широкий спектр видов работ, где  более выгодно использовать станки ударно-вращательного бурения с  малым диаметром бурового инструмента (до 150 мм). Данное оборудование является более предпочтительным, по сравнению  со станками шарошечного бурения  при в следующих случаях:

• при относительно небольших масштабах карьеров;
• при выемке крупноблочных труднодробимых пород;
• при разработке сложноструктурных месторождений;
• при выемке маломощных рудных тел;
• при высокой ценности разрабатываемых руд;
• при отработке месторождений нагорного типа;
• при гражданском и промышленном строительстве;
• при стоительстве внутрикарьерных и подъезных дорог;
• при опережающей выемке приповерхностных участков несторождений с подземным способом малыми карьерами или последующем погашении приповерхностных камерных целиков;
• на вспомогательных и прочих работах (заоткоска уступов, дробление негабарита, создание экранирующих щелей, погашение карьерных рудоспусков и т.д.).

Необходимость применения на малых карьерах менее  дорогостоящего и энергоемкого оборудования очевидна, однако следует отметить, что благодаря высокой производительности лучшие образцы зарубежных станков  ударно-вращательного бурения оснащенных гидроперфораторами могут успешно применяться и при достаточно больших объемах добываемой горной массы (до 3 - 5 млн. м³/год). Высокая производительность буровых станков обеспечивается как за счет скорости бурения (чистой скорости проникновения в породу), так и за счет сведения к минимуму вспомогательных и подготовительных операций. Чистая скорость бурения данных станков при одинаковом диаметре бурового инструмента в 2-3 раза выше, чем у станков, оснащенных погружными пневмоударниками. Сравнительная характеристика скоростей проникновения в породу гидравлического и пневматического бурения представлена на рис. 1, 2.

Тип перфоратора фирмы "Тамрок" (Ж скважины)

1 - HL 438 (Ж 38 мм), HL 500 (Ж 51 мм), HL 600 (Ж 64 мм) 
2 - HL 438 (Ж 51 мм), HL 500 (Ж 64 мм), HL 600 (Ж 76 мм), HL 1000 (Ж 89 мм) 
3 - HL 438 (Ж 64 мм), HL 500 (Ж 76 мм), HL 600 (Ж 89 мм), HL 1000 (Ж 102 мм) 
4 - HL 438 (Ж 76 мм), HL 500 (Ж 89 мм), HL 600 (Ж 102 мм), HL 1000 (Ж 115 мм) 
5 - HL 1000 (Ж 127 мм)  

  

  

  

  

  

 

*Буримость горных пород в представленных выше диаграммах характеризуется Индексом Буримости (DRI). Данный индекс имеет широкое распространение в мировой практике горного производства. Индекс буримости для различных горных пород приведен на рис.3.  

  

  

  

  

  

 

Повышению эксплуатационной производительности буровых установок  оснащенных гидравлическими перфораторами  способствует минимизация времени  затрачиваемого на подготовительные и  вспомогательные операции. При бурении  установками оборудованными системой автоматического наращивания штанг, обладающей хорошей проходимостью  соотношение чистого времени  бурения к времени на подготовительные операции может быть принят равным 65/35.

В табл.1 приведена  циклограмма бурения 30 метровой скважины Ж 102 мм в сланцах при использовании штанг длиной 6,1 м буровой установкой СНА - 1100 фирмы Тамрок (Финляндия).

Таблица 1. 
Циклограмма бурения скважины установкой СНА - 1100 фирмы "Тамрок"

Эксплуатационная  производительность буровых станков  ударно-вращательного бурения, оснащенных гидроперфораторами приведена на рис.4.

*Как видно  из данной диаграммы произ-водительность станков оборудованных гидро-перфораторами по породам средней крепости составляет 35-40 м/час. [ Следует обратить внимание читателей на неточность, допущенную автором в опубликованной в журнале "Колыма" (№1 за 1996 год) в статье "О расширении области применения комплексов самоходного оборудования при разработке сложноструктурных месторождений.", где ошибочно указано, что 35-40 м/час является технической скоростью бурения станков (стр 49.), в то время как техническая скорость бурения станков (или чистая скорость проникновения в породу) при обуривании пород средней крепости значительно выше указанной величины.

Уменьшение диаметра бурения при разработке труднодробимых крупноблочных пород является единственной действенной мерой, позволяющей добится необходимого размера куска при отбойке и снизить выход негабарита. Зависимость между диаметром скважин и линейным размером куска отбитой породы приведена на рис. 5.

Использование мобильной гидрофи-цированной буровой техники позволяет производить качественную выемку руды при разработке сложноструктурных месторождений, отличающихся высокой изменчивостью пространственного распределения полезного компонента, и рудных тел малой мощности, требующих селективной выемки. О широком распространении технологии селективной выемке за рубежом свидетельствует тот факт, что высота уступа на карьерах на добычных работах не превышает 7 - 8 м, составляя в основном 3 - 5 м.

Данный тип  буровой техники с успехом  может применяться на работах, требующих  высокой мобильности оборудования. К таким работам могут быть отнесены: одновременная отработка  нескольких малых карьеров одним  комплектом оборудования, строительство  подъезных дорог на объектах с гористым расчлененным рельефом, отработка нагорных месторождений и т.д.

Применение данного  рода оборудования существенно расширяет  область применения комбинированного способа разработки за счет вовлечения в открытую разработку неглубокими  карьерами приповерхностных участков месторождения.

Велика потребность  в оснащении предприятий сверхлегкими буровыми установками, незаменимыми для  многочисленных вспомогательных работ, требующих высокой точности бурения. Отвлечение на эти операции мощных станков шарошечного бурения  как нерациональна по экономическим, так и не оправдана, в большинстве  случаев, по технологическим соображениям. Так, использование на такой "деликатной" и ответственной операции, как  погашение устьевой части карьерных  рудоспусков с использованием на бурении станков СБШ-250МН, является главной причиной образования частых "зависани" горрной массы в рудоспусках на Тырнаузском ГМК.

В настоящее  время ведущее положение в  мире на рынке буровых станков  оборудованных гидроперфораторами занимают фирмы "Тамрок"и"Атлас-Копко" Совершенство конструкций и высокое качество изготовления оборудования производимого этими фирмами, позволяют им контролировать более 60% мирового рынка.

Буровые станки выпускаемые этими фирмами близки по своим техническим характеристикам. Однако имеется и ряд отличий в конструктивных особенностях оборудования каждой из этих фирм, которые в значительной степени повышают конкурентноспособность производимой фирмами продукции. Так например гидроперфораторы фирмы "Тамрок" (серии ГЛ), имеют почти в два раза меньшее количествао деталей и поэтому, а также благодаря модульному принципу сборки, более просты в техобслуживании и имеют несколько лучшие эксплуатационные характеристики. Запатентованный модуль ударного механизма позволяет им работать при давлении рабочей жидкости 120-140 атм., в то время, как перфораторы фирмы "Атлас-Копко" имеют рабочее давление в напорной магистрали 200-250 атм.(при сопоставимых значениях таких показателей, как крутящий момент и этергия удара), что приводит к более высокому удельному расходу энергии при бурении.

Выводы

1. В современных условиях шарошечное бурение является доминирующим в России. Основной буровой станок применяемыйй на большинстве горнорудных предприятиях СБШ-250 МН, а основной диаметр буровзрывных скважин - 250 мм.
2. Всязи с наметившейся в России тенденцией приоритетного освоения небольших месторождений с коротким сроком возврата инвестиций, в основном, в золотодобывающей промышленности и в ряде других отраслей с наиболее дефицитным сырьем, возникает необходимость применения добычного и бурового малогабаритного оборудования с уменьшенной единичной мощностью, отличающегося высокой мобильностью и производительностью.
3. Выпускаемые отечественной промышленностью станки, предназначенные для бурения скважин диаметром менее 150 - 200 мм не могут сравниться ни по производительности, ни по надежности с аналогичными зарубежными образцами.
4. В условиях большого разнообразия горногеологических и технологических факторов разработки месторождений России, применяемая буровая техника на многих горных предприятиях не обеспечивает оптимальных параметров горных работ, неоправдано увеличивая затраты на добычу.