Онтология и анализ достигнутого технического уровня конструкций буровых станков термического расширения взрывных скважин

Наибольшее распространение на открытых горных работах получил шарошечный способ бурения скважин (рис. 1). Этим способом выполняется до 80% всех объемов бурения. Сегодня, совершенствование механических способов бурения встречает большие трудности при разрушении скальных пород, поскольку их рабочие органы имеют определенные пределы прочности и износостойкости.

Рис. 1. Карьерный буровой станок СБШ -250 МНА 32 ЗАО «УГМК – РУДГОРМАШ»

Развитие техники и технологии разрушения горных пород как в РФ, так и за рубежом идет в двух основных направлениях: совершенствование механических и разработка новых способов разрушения.

Впервые в мировой практике термобуры с использованием воздуха в качестве окислителя были разработаны в СССР в 1958 г. специалистами

ХАИ, а 1961 г. специалистами МГИ были пробурены первые взрывные скважины воздушно - керосиновыми горелками в безрудных кварцитах Бакальского РУ (рис. 2).

Рис. 2. Станок термического бурения на железорудном карьере Бакальского РУ.

Большие работы по созданию техники термического бурения и расширению взрывных скважин, а также исследованию буримости различных горных пород и механизма их термического разрушения были выполнены в МГИ (МГГУ), ДГИ (НГУ), КГРИ (КТУ), ЛГИ (сПГГИ ТУ), МГРИ (РГГРУ), ИГТМ АН УССР (ИГТМ НАН Украины), ИГД МЧМ СССР (ИГД УрО РАН) и в других научных организациях.

Онтология развития термических способов разрушения горных пород, включающая достаточно полную характеристику технических средств, приведена в ряде научных работ и публикаций. [1]

В настоящее время в РФ и СНГ термический способ разрушения пород применяется при бурении и расширении взрывных скважин в железистых кварцитах на месторождениях: Кривого Рога (ЮГОК, НКГОК, ИнГОК); Курской магнитной аномалии (МГОК, ЛГОК), на Кия -Шалтырском нифелиносиенитовом месторождении и на Токовском гранитном карьере.

За рубежом термический способ разрушения горных пород широко применяется при обработке блочного камня (в большинстве развитых стран) и при бурении взрывных скважин (в Болгарии, США и Канаде).

Сегодня на железорудных карьерах России уже работают карьерные станки для бурения взрывных скважин комбинированным способом. Сначала бурение скважины выполняется шарошечным долотом, а затем заряжаемая часть расширяется термическим способом до 600мм. Однако опыт их эксплуатации показал что при комбинированном способе бурения возрастают затраты времени на вспомогательные операции (рис. 3).

Рис. 3. Карьерный станок комбини-рованного бурения СБШК-200 ЗАО «УГМК - РУДГОРМАШ».

Выполненные ранее ведущими отечественными производителями бурового оборудования исследования и опытно - конструкторские разработки термических и комбинированных способов разрушения пород свидетельствуют, что резервы технической производительности (скорости) расширения взрывных скважин (рис. 4, рис. 5) уже практически исчерпаны.

Рис. 4. Станок термического бурения СБО-5 КБ-БРЦ ЮГОК

Рис. 5. Станок термического расширения СБТМ-20 ЗАО "УГМК -Рудгормаш"

Следовательно, увеличение проходки взрывных скважин может быть достигнуто только за счет:

• -    разработки и внедрения методов и техники расширения взрывных скважин на заданной глубине;

• -    сокращения длительности вспомогательных операций, улучшения безопасности работ, санитарно-гигиенических условий и комфорта труда обслуживающего персонала.

Известны конструкции станков термического расширения содержащие: пылепарогазоотвод, который расположен на мачте станка, с возможностью перемещения вдоль ее продольной оси. У этих станков уплотнитель скважины жестко связан с нижним поясом (рамой) пылепарогазоотвода. (рис. 6)

Рис. 6. Станок термического расширения СБТ – 400 МНР ЗАО «УГМК – РУДГОРМАШ».

В настоящее время на карьерах Канады (железорудная провинция Квебек) эксплуатируется станок термического расширения взрывных скважин «DRAGON» (рис. 7) конструкции - МГИ и канадской фирмы «ROCMEC INC.»

Рис. 7. Станок термического расширения взрывных скважин «DRAGON».

Станок «DRAGON» предназначен для термического расширения пионерных скважин (диаметром от 90 до 200 мм) в крепких и особо крепких терморазрушаемых скальных породах.

В конструкции станка «DRAGON» впервые применена термо-масло – абразивно-стойкая резинокордная гибкая штанга, внутри которой размещены гибкие магистрали для топлива и воды для пылеподавления, а также электрический кабель для дистанционного зажигания топлива в камере сгорания горелки. Сжатый воздух подается в горелку по гибкой штанге (рис. 8).

Рис. 8. Схема сечения резинокордной гибкой штанги

Таблица 1.

Техническая характеристика станка термического расширения взрывных скважин «DRAGON»

Параметры	Значения
Шасси	Трехосная платформа Ford 902 на пневматиках
Пионерная скважина: Диаметр, мм Глубина (наибольшая), м	90 – 200 20
Диаметр котлового расширения, мм	до 420
Скорость подачи горелки: рабочая, м/ч маневровая, м/ч	0 – 25 0 – 600
Расход компонентов: сжатый воздух, м3/мин дизельное топливо, л/ вода, м3/ч	до 25 до 90 0,5 – 1
Компрессор тип давление сжатого воздуха, МПа расход сжатого воздуха, м3/мин	Ingersol Rand 900CFM/350PSI 2,4 - 25

Станок термического расширения взрывных скважин «DRAGON» состоит (рис. 9) из трехосной платформы (Ford 902) на пневматиках на которой установлены: компрессор, насосы для подачи воды и топлива, емкости для воды и дизельного топлива, гидравлическая система для горизонтирования станка, трех коленный гидравлический манипулятор длиной 7,2 м с сектором рабочего поворота 270о, на котором размещены:

• >    барабан-приемник для намотки гибкой штанги, в котором смонтирован распределитель подачи воды, топлива, сжатого воздуха и электроэнергии;

• >    гидросистема для вертикального перемещения и ориентирования навесного оборудования при установке горелки-расширителя над устьем скважины;

• >    бункерный шламонакопитель с установленным на нем патрубком для отвода паров воды с инжектором и вытяжным вентилятором;

• >    пульт управления, включающий: блок управления гидросистемой ориентирования навесного оборудования, систему дистанционного зажигания, жидкокристаллическое панно контроля перемещения горелки и глубины скважины (котлов), систему контроля маневровой и рабочей скорости подъема (опускания) горелки.

  

  Рис. 9. Схема расположения навесного оборудования станка термического расширения взрывных скважин «DRAGON» на трехосной платформе: а – в рабочем положении ; б – в транспортном положении.

  
  

Конструкция навесного оборудования, барабана – приемника и распределителя позволяют использовать три типоразмера гибких штанг, с целью применения горелки – расширителя различного диаметра (72 – 110 мм) и мощности в зависимости от диаметра пионерных скважин в диапазоне от 90 до 200 мм.

Типовая технология отработки добычного уступа приведена на рис. 10.

ЭКГ-6.3У

Б-Б

СБШ-250МН

Станок «DRAGON»

/90-200

В - В

Рис. 10. Типовая технология отработки добычного уступа.

Типовая технология отработки добычного уступа включает:

• >    обуривание породного массива сеткой пионерных скважин буровым станком СБШ-250 МН;

• >    термическое расширение взрывных скважин мобильным станком «DRAGON»;

• >    заряжание скважин взрывчатым веществом;

• >    рыхление породы взрывом;

• >    экскавацию горной массы экскаватором ЭКГ-6,3У и ее погрузку в думпкары;

• >    транспортирование горной массы локомотивосоставом 6^2ВС-105 на дробильно-сортировочную фабрику.

Вышеприведенная технология позволяет с одного места стояния станка расширять скважины с сеткой не более 6,8 х 6,8 м. Термическое расширение скважин с сеткой больших параметров требует смены места стояния станка. Поэтому задачей ближайших ОКР является разработка бурового станка, позволяющего с одного места стояния одновременно осуществлять проходку и расширение взрывных скважин с сеткой с различными параметрами между рядами и скважинами.