Станок буровой шарошечный это

Что такое шарошечное бурение

Шарошечное бурение представляет собой метод разрушения горных пород путем вращательного воздействия на забой скважины специальным инструментом. В основе технологии лежит принцип работы шарошечного долота, оснащенного несколькими коническими или цилиндрическими шарошками с твердосплавным вооружением.

При вращении бурового става шарошки свободно катятся по забою скважины, совершая сложное движение вокруг собственной оси и оси долота. Зубья шарошек под действием осевой нагрузки внедряются в породу, создавая точечные напряжения, превышающие прочность материала. Происходит дробление и скалывание породы, которая затем удаляется из скважины сжатым воздухом через систему продувки.

Исторический контекст

Конструкция шарошечного долота была предложена в 1909 году и оказалась революционной для горной промышленности. В СССР на базе станков СВБК-150 и СВБК-200 были созданы две основные модели буровых станков — СБШ-200 и СБШ-250, которые продолжают эволюционное развитие до настоящего времени.

Принцип работы шарошечного бурового станка

Технология шарошечного бурения основана на передаче крутящего момента от вращателя станка через колонну буровых штанг к породоразрушающему инструменту. Процесс включает несколько ключевых операций, которые выполняются синхронно для эффективного разрушения породы.

Основные элементы рабочего цикла

Вращательно-подающий механизм обеспечивает одновременно вращение бурового инструмента с частотой до 160 оборотов в минуту и осевую подачу на забой с усилием до 40 тонн. Такое комбинированное воздействие создает оптимальные условия для разрушения породы различной крепости.

Компрессорная установка производительностью от 25 до 50 кубических метров в минуту подает сжатый воздух через полость буровых штанг к забою скважины. Воздушный поток выполняет две функции: охлаждение долота и удаление разрушенной породы из скважины на поверхность через затрубное пространство.

Механизм разрушения породы

Высокая эффективность шарошечного бурения в крепких породах объясняется большой площадью рабочей поверхности долота и высокими контактными давлениями зубьев на породу. При этом с забоем одновременно взаимодействует лишь небольшая часть зубцов, что позволяет концентрировать энергию в точках контакта.

Коэффициент перекрытия, определяющий соотношение суммы длин зубцов к радиусу долота, варьируется от 1,1 для мягких пород до 1,4 для пород средней твердости. Это обеспечивает полное разрушение породы по всему сечению скважины без образования керна.

Конструкция шарошечного долота

Шарошечное долото является сложным многодетальным механизмом, в котором используется принцип свободного вращения нескольких шарошек на самостоятельных осях с подшипниками качения. Конструкция долота неразборная — при выходе из строя одной шарошки или ее опоры выбраковывается все долото целиком.

Основные конструктивные элементы

Корпус долота изготавливается двумя способами: корпусный тип имеет литой корпус с приваренными лапами, а секционный состоит из сваренных между собой секций. Выбор конструкции зависит от диаметра долота — для больших диаметров используются корпусные, для малых — секционные варианты.

Шарошки представляют собой конические или цилиндрические тела вращения, оснащенные зубьями двух типов. Фрезерованные стальные зубья применяются для мягких и средних пород, а твердосплавные вставные штыри из карбида вольфрама — для крепких и абразивных пород.

Типы и классификация долот

По количеству шарошек различают одно-, двух-, трех- и многошарошечные долота. Наиболее распространены трехшарошечные конструкции с консольными опорами и сварными лапами, которые регламентируются ГОСТ 20692-2003. Многошарошечные долота с 6-12 шарошками применяются при реактивно-турбинном бурении и для крупных диаметров.

Маркировка долота по ГОСТ 20692-2003 содержит полную информацию о его характеристиках. Например, обозначение III 244,5 С-ЦВ означает: три шарошки, диаметр 244,5 мм, для пород средней твердости, с центральной промывкой и подшипниками с телами качения.

Технические характеристики буровых станков СБШ

Станки буровые шарошечные типа СБШ выпускаются в широком диапазоне типоразмеров для различных горно-геологических условий. Базовая классификация включает легкий, средний и тяжелый классы, отличающиеся по массе, мощности и диаметру буримых скважин.

Диапазон диаметров скважин

Современные станки СБШ обеспечивают бурение скважин в диапазоне диаметров от 160 до 320 мм. Станки среднего класса СБШ-250 работают с долотами диаметром 160-270 мм, а каркасно-платформенные станки тяжелого класса СБШ-250 МНА-32КП бурят скважины диаметром 250-320 мм.

Выбор диаметра скважины определяется параметрами буровзрывных работ: по последним рядам на вскрыше и на руде применяют скважины 170-200 мм, по основным рядам на вскрыше — 250-270 мм. Увеличение диаметра позволяет размещать больший заряд взрывчатого вещества, но утяжеляет буровой станок.

Производительность и эффективность

Средняя скорость бурения составляет 15-25 метров в час в зависимости от крепости породы и диаметра скважины. Эксплуатационная производительность станка измеряется объемом выполненных буровых работ в течение месяца и зависит от времени работы, технического состояния оборудования и квалификации персонала.

Современные станки с верхним приводом подачи бурового инструмента обеспечивают производительность более чем на 30% выше по сравнению с аналогичными станками предыдущих поколений. Это достигается за счет сокращения времени на вспомогательные операции и повышения надежности оборудования.

Продувка скважин при шарошечном бурении

Продувка скважин является критически важным процессом при шарошечном бурении, обеспечивающим удаление разрушенной породы из зоны разрушения и предотвращающим перегрев бурового инструмента. Технология основана на использовании сжатого воздуха, подаваемого под давлением через буровые штанги.

Система прямой продувки

При прямой продувке поток сжатого воздуха от компрессора подается через нагнетательный рукав, буровой сальник и колонну бурильных труб непосредственно к забойной компоновке. Воздух проходит через каналы в долоте и выходит на забой скважины с высокой скоростью.

Восходящий поток воздуха в затрубном пространстве захватывает частицы разрушенной породы и транспортирует их на поверхность. Для эффективной очистки скважины требуется производительность компрессора от 25 до 50 кубических метров в минуту в зависимости от диаметра скважины.

Борьба с пылеобразованием

Сухая продувка скважин сопровождается интенсивным пылевыделением, что создает неблагоприятные условия для работы персонала. Современные станки оборудуются системами сухого пылеподавления, включающими пылеотсадительную камеру, циклоны грубой очистки, фильтры тонкой очистки и отсасывающий вентилятор.

В случае невозможности применения сухих пылеуловителей при ударно-вращательном и шарошечном бурении должно применяться мокрое бурение с подачей воды в зону разрушения. Однако это усложняет технологию и не всегда возможно в условиях многолетне-мерзлых пород.

Применение в буровзрывных работах

Шарошечное бурение является неотъемлемой частью технологического цикла буровзрывных работ на карьерах. Качество и параметры пробуренных скважин напрямую влияют на эффективность взрыва, степень дробления горной массы и последующие стадии переработки полезных ископаемых.

Роль в цикле БВР

Технологический процесс буровзрывных работ начинается с планирования и разметки взрывного блока. Специалисты рассчитывают расположение скважин, их количество, глубину и диаметр в зависимости от горно-геологических условий и требуемой степени дробления породы.

Буровой станок создает скважины заданных параметров, при этом критически важна точность бурения. Отклонение скважин от проектного положения, недобур или перебур негативно влияют на результаты взрыва. Современные станки оснащаются системами контроля глубины бурения, скорости проходки и других параметров.

Условия эксплуатации на карьерах

Станки шарошечного бурения работают на открытых горных разработках в широком диапазоне климатических условий от минус 40 до плюс 40 градусов Цельсия. Гусеничное шасси обеспечивает высокую проходимость и устойчивость на неровных площадках карьерных уступов.

Высота уступа на большинстве карьеров составляет 15-17 метров, что соответствует возможности бурения скважины двумя буровыми штангами за один проход. Некоторые станки способны бурить скважины глубиной до 55 метров пятью штангами, что позволяет работать на высоких уступах без перебуривания.

Преимущества и ограничения технологии

Шарошечное бурение обладает рядом существенных преимуществ, обеспечивших ему доминирующее положение в горной промышленности. Однако технология имеет и определенные ограничения, которые необходимо учитывать при выборе метода бурения.

Ключевые преимущества

Универсальность метода позволяет эффективно работать в породах широкого диапазона крепости от 4 до 21 единицы по шкале Протодьяконова. Шарошечными долотами успешно разбуривают практически все типы пород — от мягких до особо крепких, от монолитных до трещиноватых.

Высокая производительность достигается за счет большой площади рабочей поверхности долота и возможности передачи на забой значительных мощностей. Механическая скорость бурения в благоприятных условиях достигает 20-30 метров в час.

Надежность оборудования обеспечивается проверенными конструктивными решениями и применением современных гидравлических систем управления. Межремонтный ресурс станков составляет тысячи часов работы при соблюдении регламента технического обслуживания.

Технологические ограничения

Метод требует больших величин осевых нагрузок, что обуславливает значительную массу станка и ограничивает его применение на слабых грунтах. Масса современных станков среднего класса составляет 60-80 тонн, тяжелого класса — более 100 тонн.

Слабая адаптация конкретной конструкции долота к изменению свойств буримых пород вынуждает иметь большую номенклатуру долот различных типов. В условиях карьера замена долота в процессе проходки мелкой скважины экономически нецелесообразна, в отличие от глубокого бурения на нефть и газ.

Интенсивное пылеобразование при сухой продувке требует применения специальных систем пылеподавления и создает сложные условия для работы персонала. Это особенно актуально при бурении пород с высоким содержанием кварца.

Современные системы автоматизации

Новое поколение буровых станков оснащается интеллектуальными системами управления на базе программируемых логических контроллеров. Автоматизация позволяет оптимизировать режимы бурения, повысить производительность и обеспечить безопасность работ.

Системы контроля и мониторинга

В кабине машиниста устанавливаются информационные панели с индикацией основных параметров бурения: глубины скважины, скорости проходки, частоты вращения шпинделя, осевого усилия, давления воздуха. Данные архивируются для последующего анализа эффективности работы.

Система видеонаблюдения позволяет машинисту контролировать критические процессы: подъем-спуск головки бурового снаряда, состояние скважины, работу люнета и компрессорной установки. Это повышает безопасность и снижает вероятность аварийных ситуаций.

Радиоуправление станком с переносного пульта обеспечивает возможность дистанционного управления основными операциями, что особенно важно при работе в стесненных условиях или на опасных участках.

Адаптивные системы управления

Электрическая пропорциональная система управления с постоянной мощностью автоматически регулирует рабочие параметры в соответствии с характеристиками буримой породы. Это позволяет поддерживать оптимальный режим бурения и предотвращать перегрузку оборудования.

Частотные преобразователи обеспечивают плавное регулирование скорости вращения и осевой подачи, что улучшает качество бурения и снижает динамические нагрузки на конструкцию станка. Система автоматически переключается между режимами передвижения и бурения.