Буровые установки

Технология строительства шахтных стволов бурением.

Сущность способа

С применением способа бурения

Технология строительства стволов и скважин большого диаметра

Сущность способа бурения стволов и скважин большого диаметра заключается в том, что с помощью специальных буровых установок под защитой глинистого раствора, заполняющего выработку, осуществляется непрерывное разрушение горных пород и выдача их на поверхность за счет циркуляции глинистого раствора. По достижении стволом проектной глубины приступают к его креплению.

Бурение стволов и скважин большого диаметра позволяет комплексно механизировать все проходческие операции и при этом максимально их автоматизировать. Исключается присутствие людей в забое, монтаж полков и проходческого оборудования.

Отечественной и зарубежной практикой доказана эффективность бурения вертикальных выработок диаметром до 3 м глубиной 1000 м и более в мягких, средней крепости и крепких породах. Бурение стволов диаметром 8,75 м эффективно осуществляется современными буровыми установками только в мягких водоносных породах.

Установки для бурения вертикальных выработок подразделяются:

– по способу разрушения породы (сплошное бурение и кольцевое);

– по расположению двигателя в буровой установке на земной поверхности (роторные), в призабойной части (установки РТБ, ТМ).

Установки УЗТМ-6,2, УЗТМ-8,75 (Уральский завод тяжелого машиностроения) предназначены для бурения стволов диаметром 6,2 и 8,75 м вчерне и глубиной до 400 и 800 м в слабых и средней крепости породах.

Над устьем ствола монтируются на самостоятельных фундаментах буровая вышка и постамент. Вращение бурового инструмента осуществляется с помощью буровой колонны ротора, приводимого во вращение электродвигателем. Буровая колонка подвешивается к талевой системе грузоподъемностью 250 т, состоящей из кран-блока, размещенного на вышке талевого блока, и крюка. К крюку подвешены вертлюг и квадратная штанга, проходящая через ротор.

Ротор с редуктором и приводным двигателем располагается на постаменте. На вышке установлены два наружных консольно-поворотных крана, предназначенных для выполнения операций при наращивании и разборке буровой колонны. Устье ствола перекрывается платформой. В комплект буровой установки входят опоры для расширителей.

Бурение ствола установкой УЗТМ-6,2 осуществляется в две-три фазы: первая − бурение передовой направляющей скважины диаметром 1,2 м; вторая – ее расширение до диаметра 3,6 м при пересечении крепких пород либо до диаметра 6,2 м − в мягких породах.

При первой фазе бурения порода из забоя ствола удаляется глинистым раствором по принципу прямой промывки. При расширенных стволах применяется обратная промывка эрлифтом.

Основные технические данные буровых установок приведены в табл. 95.

Таблица 95

 

Показатель	Тип буровой установки
УЗТМ-6,2	УЗТМ-8,75
Диаметр ствола, м	6,2	8,75
Максимальная глубина бурения, м
Установленная мощность электродвигателя, кВт
Одновременно потребляемая мощность, кВт
Грузоподъемность талевой системы, т
Общая масса установки, т

Крепление ствола производят чугунными тюбингами или железобетонными кольцами. В зависимости от способа возведения различают крепь погружную и секционную. Погружную крепь возводят следующим образом. На раздвижных платформах устанавливают железобетонное днище, на котором монтируют несколько звеньев крепи, после чего платформы надвигают на ствол, поднимают днище с крепью, раздвигают платформу и днище с звеньями крепи опускают в ствол, заполненный глинистым раствором до тех пор, пока днище не начнет плавать. После этого наращивают последующие звенья цепи. По мере наращивания крепи она постепенно погружается в ствол. Для облегчения погружения крепи внутрь колонны может закачиваться глинистый раствор (балласт или жидкость). По окончании опускания крепи пространство за крепью заполняется тампонажным раствором, а балластную жидкость откачивают. Средняя скорость погружения крепи 6,5–7,5 м/сут. Секционная крепь возводится путем опускания в ствол, заполненный глинистым раствором, отдельных секций крепи высотой до 20 м.

Технология возведения крепи следующая. Рядом с устьем ствола на самоходной тележке собирают первую секцию 5 м, подводят ее к стволу и опускают. Секцию устанавливают строго вертикально и тампонируют. После затвердевания тампонажного раствора приступают к спуску последующих секций, которые собирают у устья ствола, опирая их на специальные кулаки. Крепь опускают на буровой колонне. При секционном креплении нагрузка на крепь значительно меньше, чем у погружной крепи, что и является основным преимуществом этого способа крепления. По окончании крепления пространство за крепью тампонируют.

Установкой УЗТМ-6,2 в Львовско-Волынском бассейне пробурено четыре ствола суммарной глубиной 1141 м. Скорость бурения 34,2 м/мес.

ЦНИИподземмашем разработан стволовой комбайн ПД-2 для сооружения стволов диаметром вчерне 6; 6,5 и 7 м. Комбайн состоит из трехэтажного каркаса, на котором смонтированы все основные механизмы.

Рабочий орган состоит из двух планетарных дисков, оснащенных в зависимости от крепости пород резцами (слабые глинистые сланцы, мергели и подобные породы) и шарошками (крепкие породы).

На каждом диске располагается 10 резцедержателей или 5 шарошек. Диск вращается вокруг своей оси и одновременно с редуктором рабочего органа вращается вокруг оси ствола. Вследствие такого вращения и сферической формы забоя порода перемещается к центру забоя, засасывается пневматическим элеватором и через систему бункеров перегружается в скипы и выдается на поверхность.

Комбайн распирается в стволе гидравлическими домкратами при разрушении породы. Интервал передвижки комбайна 1,5 м. Ствол закрепляют монолитной бетонной крепью одновременно с работой комбайна.

Комбайном ПД-2 в Караганде было пройдено три ствола суммарной глубиной 1475 м со средней скоростью 45–60 м/мес и максимальной – 88 м/мес.

При сооружении ствола шахты "Семеновская-Западная" (Донбасс) диаметром в свету 7 м в 1971 году была достигнута скорость сооружения ствола 177,5 м/мес. Производительность труда проходчиков составила 12,7 м готового ствола.

Комбайн, как показала его эксплуатация, эффективно может работать только в породах невысокой крепости и абразивности.