Бурение является важнейшей частью процесса извлечения полезных ископаемых, исследования геологических слоев или поиска подземных тепловых и водных ресурсов. Используемое оборудование обычно представляет собой буровую установку с гидравлическим перфоратором или буровую установку с погружным пневмоударником. Эти два типа установок подходят для различных применений по добыче полезных ископаемых.
Различия в конструкции буровых установок определяются применяемым методом бурения – с гидроперфоратором или с применением погружного пневмоударника (ППУ).
Буровые установки сконструированы двумя различными ударно-вращательными методами бурения:
a) метод бурения гидравлическим перфоратором;
b) метод бурения погружным пневмоударником.
Буровая установка с гидравлическим перфоратором.
При таком методе бурения установленный сверху буровой установки гидравлический перфоратор создает ударное и независимое вращающее воздействие на хвостовик и далее на буровые штанги или трубы, передающееся на буровую коронку, которая в свою очередь оказывает разрушающее воздействие на разбуриваемую породу. Третье воздействие – усилие подачи - оказывает подающее устройство (податчик), который обычно крепится на подвижную мачту передвижной установки. Поршень гидроперфоратора наносит удары по хвостовику, передающему воздействие на буровую штангу с частотой в диапазоне 2000-5000 уд./мин., а скорость вращения бурового става при этом может находиться в диапазоне 60-200 об./мин. Вместе ударное, вращательное и подающее усилия позволяют разбуривать скважины в различных породах. Частицы разбуренной породы (буровая мелочь) вымывается со дна скважины по затрубному пространству сжатым воздухом или водой.
Основные области применения гидроперфораторного бурения - горнодобывающая промышленность (рудники, шахты), карьеры нерудных материалов (добыча щебеня, блочного камня) и строительные работы. Бурение взрывных скважин с гидравлическим перфоратором является чрезвычайно эффективным методом благодаря высокой скорости проходки, достигаемой за счет применения гидроперфоратора.
Бурение с гидравлическим перфоратором с поверхности обычно наиболее эффективно до диаметров скважин 127 мм, а глубина скважины обычно не превышает 20 м.
Буровая установка с погружным пневмоударником.
Метод бурения с погружным пневмоударником (ППУ) основан на использовании энергии сжатого воздуха, подаваемого по трубам бурового става с установленного на буровой установке компрессора, для передачи энергии движения ударного поршня ППУ на буровое долото, воздействующее на разбуриваемую породу. Ударный поршень ППУ оказывает непосредственное ударное воздействие на долото, находящееся на забое (дне скважины). Этим определяются преимущества пневмоударного метода такие как: высокая эффективность бурения, прямолинейность скважин и практически неограниченная глубина бурения. При бурении пневмоударником в отличие от перфораторного метода не происходит потерь энергии по резьбовым соединениям бурового става. Ограничением в глубине бурения может служить только производительность компрессора и грузоподъемность податчика буровой установки.
Бурение пневмоударным методом (Down-The-Hole, сокращ. DTH) оптимально для разбуривания скважин большего по сравнению с перфораторным методом диаметра (от 90мм и выше). Метод DTH наиболее эффективен при бурении от средних до высшей степени крепких пород, особенно для пород с твердостью более 200 МПа (более 14 по шк. проф. Протодьяконова), для пород ниже 115 МПа эффективность бурения будет ниже. При разбуривании мягких пород бурение пневмоударником допустимо, но требует более высокой квалификации оператора буровой установки. Это связано с тем, что при бурении мягких пород оператор должен более тщательно следить за параметрами бурения для минимизации негативного влияния эффекта холостого удара, т.к. при ударе поршня пневмоударника по долоту мягкая порода не может полностью поглотить удар, что серьезно снижает эффективность бурения, очистку скважины и увеличивает износ бурового инструмента.
При бурении пневмоударным методом ударный механизм, обычно называемый «молотком», расположен внизу скважины непосредственно над буровым долотом. Буровые трубы передают необходимое усилие подачи и вращение на молоток и долото. Также по буровым трубам на ППУ передается воздух, используемый для приведения в действие ППУ и очистки скважины. В случае необходимости в подаваемый на трубы воздух могут инжектироваться вода, пена или буровой раствор. Трубы добавляются к буровому ставу последовательно за пневмоударником по мере углубления скважины.
ППУ полностью приводится в действие сжатым воздухом. Он состоит из двух подвижных частей: клапана, регулирующего поток, и поршня, который ударяет по ударной поверхности хвостовика долота. Корпус молотка обеспечивает прямолинейное и стабильное направление бурения.
Буровая установка с гидравлическим перфоратором:
ㆍ Диапазон диаметров бурения скважин - от 23 до 152 мм.
ㆍ Глубина бурения до 35 метров.
ㆍ Промывочной средой для является сжатый воздух или вода.
ㆍ Высокая скорость проходки при бурении неглубоких скважин: чем глубже, тем ниже эффективность.
Буровая установка с погружным пневмоударником (DTH):
ㆍ Оптимальный диапазон диаметров бурения составляет 100–254 мм, в особых случаях может достигать 2 м. Минимальный диаметр также может составлять около 50 мм.
ㆍАдаптация к различным горно-геологическим породам.
ㆍ Для очистки скважины в основном используется сжатый воздух, а иногда и воздушная пена для специальных применений.
ㆍ Высокая эффективность при бурении пород от средних до высшей степени крепких.
ㆍ Возможность бурения глубоких скважин (более 150 м).
ㆍ Простота переборки пневмоударника. Не требуется специальная мастерская.
Подводя итог, можно сказать, что оба типа буровых установок имеют свои преимущества. При выборе оборудования вы можете сначала оценить реальную ситуацию в вашем проекте и решить, какой тип буровой установки выбрать в зависимости от поставленных задач, горно-геологических образований и конкретного применения.
