Оборудование и технология
Основными узлами станков огневого бурения (термобуры) являются: 1) рабочий орган, состоящий из горелки, буровой штанги, механизма вращения, подводящего устройства и подвески; 2) мачта станка, представляющая сварную конструкцию из сортового проката; 3) лебедка для подъема и опускания рабочего органа; 4) гидроцилиндры для подъема, опускания и центровки мачты; 5) отсасывающая установка для отвода продуктов сгорания топлива и смоченных мелких продуктов разрушения в сторону от станка; 6) механизм прощупывания забоя, позволяющий автоматически поддерживать заданное расстояние от среза сопла до забоя; 7) кузов станка; 8) ходовая часть; 9) система питания станка рабочими компонентами (горючим, окислителем, водой); 10) система электропитания.
Основным оборудованием являются горелки, которые работают на химическом топливе и подразделяются в зависимости от назначения и типа применяемого окислителя (кислородные и воздушные). Другими отличительными признаками горелок являются способ охлаждения (водяное, воздушное или комбинированное) и смесеобразования, число сопел (одно- и многосопловые).
Основными узлами горелок с химическим топливом являются переходник от буровой штанги к горелке, распределительная головка рабочих компонентов топлива и охлаждающего агента, форсунка для распыления горючего, камера сгорания, сопловой аппарат, корпус горелки и башмак.
Принцип работы горелок с химическим топливом заключается в следующем. По магистралям охлаждающий агент, горючее и окислитель подаются в распределительную головку, откуда горючее, проходя через форсунку, подается в распыленном виде в камеру сгорания, куда подается окислитель через завихритель или напрямик. После сгорания топлива в камере продукты сгорания выбрасываются через сопловой аппарат со сверхзвуковой скоростью, образуя высокотемпературную и высокоинтенсивную газовую струю, которая и является рабочим органом, позволяющим осуществлять термическое разрушение породы.
Для термического бурения шпуров и скважин в качестве образцов применяют горелки, у которых теплоносителем является ионизированный газ высокой температуры. Такие горелки получили название плазменных горелок или плазмобуров.
Основными частями плазмобура являются полые анод и катод, между которыми образуется электрическая дуга. Воздух при своем движении внутри полости анод-катод нагревается электрической дугой и со сверхзвуковой скоростью выбрасывается через сопло на забой скважины. Постоянный ток к аноду подается по корпусу штанги и через крышку.
При огневом бурении взрывных скважин возможно два способа проходки: в режиме «шелушение» и в режиме плавления. Первый способ имеет место при проходке скважин в хорошо термобуримых породах, при сравнительно монолитном массиве. Этот способ является наиболее эффективным и менее энергоемким.
Проходка скважин в режиме плавления имеет место при бурении трудно термобуримых пород, а также пород хорошо термобуримых, но сильно трещиноватых. Этот способ проходки является очень медленным (0,1-0,2 м/ч), энергоемким и дорогостоящим. Эффективность проходки скважин способом плавления в основном зависит от температуры струи и скорости ее истечения.
Эффективность термического способа бурения оценивается линейной и объемной скоростью, причем первая применяется для оценки эффективности проходки ствола скважины, а вторая — для оценки процесса расширения скважин.
Бурение скважин огневым способом складывается из следующих операций: забуривание, бурение ствола, расширение скважины и ее продувка.
Забуривание включает в себя проходку устья скважины на глубину 1,5-2 м. Учитывая тот факт, что верхние слои массива сильно нарушены взрывными работами вышележащего горизонта, бурение этого участка является более трудоемким, чем бурение остального участка скважины.
После забуривания устье скважины обсаживают трубами длиной от 0,5 до 2 м. Обсадная труба обеспечивает устойчивость стенок скважины и предотвращает возможность попадания в скважину крупных кусков породы в процессе бурения и тем самым позволяет ликвидировать возможность заклинивания буровой штанги в скважине. Для предотвращения возможности стекания бурового шлама обратно в скважину обсадная труба должна немного возвышаться над устьем скважины. Обсадная труба должна своим внешним диаметром входить свободно в скважину, а ее внутренний диаметр должен обеспечивать свободный проход горелки. После установки обсадной трубы устье скважины забутовывают и уплотняют буровой мелочью для исключения возможного вращения трубы и выхода газов вокруг нее. Это позволяет предотвратить возможность обвала устья скважины.
В качестве обсадных труб используют обычные металлические трубы или асбоцементные. Преимуществом последних является возможность их заготовки в зависимости от требуемой длины непосредственно на рабочем месте. Кроме того, они не представляют опасности для дробилок и поэтому нет необходимости выбирать их из взорванной массы при погрузке последней на обогатительные и дробильно-сортировочные фабрики.
Особую сложность при огневом бурении скважин представляют небольшие по мощности прослойки трудно термобуримых участков пород, проходка которых осуществляется либо плавлением. При этом после длительного теплового воздействия удается проплавить в прослойке отверстие, проходя через которое струя имеет возможность разрушать нижележащие хорошо термобуримые породы, а сам прослоек остается неразрушенным. Разрушение образовавшегося «воротника» производят периодическим быстрым опусканием штанги, при вращении которой происходит разрушение нетермобуримого прослойка механическим способом.
либо поднимают горелку от забоя на высоту 1,5-2 м и в течение 3-5 мин выдерживают ее на этом уровне, одновременно обеспечивая максимальную подачу воды. Таким образом, за счет периодического нагрева и охлаждения забоя удается проходить трудно термобуримые участки в режиме хрупкого разрушения.
Контроль за режимом работы станка и результатами бурения машинист осуществляет на основании показаний приборов, установленных в кабине станка. Если прибор, контролирующий нагрузку двигателя вращения штанги, указывает на его перегрузку, следует немного приподнять горелку от забоя; если и в этом случае нагрузка не снижается, то это свидетельствует о том, что штангу клинит в связи с попаданием кусков породы сверху в зазор между стенкой скважины и штангой. В таких случаях периодическим подъемом и опусканием штанги добиваются, чтобы указанные куски породы упали на забой.
После проходки скважины на всю глубину производят расширение заряжаемой части. При расширении используют тот же сопловой аппарат или заменяют другим, имеющим углы наклона сопел до 35-40 к оси горелки (так называемые расширители). Необходимость того или иного варианта определяется требуемым диаметром «котлового» расширения.
Расширение скважин можно осуществлять при движении инструмента сверху вниз и при движении его снизу вверх. В первом случае устраняется дополнительная операция — продувка скважины и очистка ее от продуктов разрушения.
Для вырезания блоков скальных пород и их поверхностной обработки применяют кислородно-керосиновые и бензовоздушные терморезаки и термоотбойники.
Как показывают испытания, качество каменных изделий, обработанных термическим способом, намного выше, чем при механической обработке: отсутствуют микронарушения поверхностного слоя, имеет место естественная фактура поверхности, более ровный рельеф поверхности. Высокая производительность термического способа обработки и качество поверхности каменных изделий ставят этот способ вне конкуренции с другими.
Основное отличие термического резания и обработки блочного камня от огневого бурения и расширения скважин заключаются в том, что имеется гораздо большая возможность оперативного изменения угла встречи высокотемпературной газовой струи с породой и возможность использования не одиночной горелки, а батареи из нескольких горелок.
Термическое резание горных пород при отделении от массива блочного камня осуществляют путем перемещения горелки или батареи горелок вдоль линии реза таким образом, чтобы при этом при минимальной ширине прорезаемой щели обеспечивалась максимальная скорость ее резания.
Эффективность процессов вырезания блоков и их обработки зависит от технологии. Основными технологическими параметрами являются угол встречи струи с породой и скорость перемещения термоинструмента относительно разрезаемой или обрабатываемой поверхности. Как показывает практика, максимальная эффективность имеет место при угле встречи 30° и при перемещении термоинструмента в отступающем направлении. Оптимальная скорость перемещения термоинструмента составляет 0,6-0,8 м/мин для резания и грубой термообработки. Глубина резания за один проход термоинструмента при этом составляет 10-15 мм, а производительность термо-ибработки — 0,8-1,2 м /ч при толщине сбоя 3-4 см. Для тонкой обработки рекомендуется скорость перемещения термоинструмента порядка 1-1,2 м/мин. Как показали результаты экспериментальных работ по вырезанию блоков, целесообразно применять батареи термоинструментов. Производительность в этом случае в пересчете на один термоинструмент возрастает на 10-12% по сравнению с одиночными терморезаками.
Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 772;