Бурение в горнодобывающей промышленности и тоннельное бурение: полное руководство по применению гидравлических горных перфораторов

Бурение в горнодобывающей промышленности и бурение тоннелей используют гидравлически схожее оборудование, но размещают его в эксплуатационных условиях, принципиально отличающихся друг от друга — а эти различия в окружающей среде влияют на каждое решение, касающееся технического обслуживания и выбора оборудования. При открытой разработке месторождений буровая установка работает на открытом воздухе, к ней обеспечен прямой доступ для технического обслуживания, условия грунта относительно стабильны, а схемы расположения скважин повторяются на каждом уступе. При проходке тоннелей буровая установка-джамбо работает в ограниченном пространстве, в воздухе, который может содержать выхлопные газы и мелкую каменную пыль, против забоя, геология которого меняется при каждом цикле проходки, и нет возможности вывести установку на поверхность, кроме как при серьёзной неисправности.

Понимание того, какие параметры имеют значение в каждой из этих сред — и какие характеристики ударных механизмов были специально разработаны для решения соответствующих задач — позволяет отличить выбор оборудования, основанный лишь на технической спецификации, от выбора, основанного на знании особенностей применения.

Бурение при открытой разработке месторождений: производительность как главный параметр

Поверхностное буровое оборудование для карьерной добычи полезных ископаемых и карьерных работ оценивается по одному главному показателю: количество пробуренных метров за час работы в течение полного сменного цикла, включая переустановку оборудования, замену штанг и техническое обслуживание бурового инструмента. Все остальные параметры — расход топлива, интервалы технического обслуживания, экономичность буровой колонки — оцениваются относительно этого основного показателя.

Долгосрочное производственное буровое оборудование Sandvik DL422i при автоматизированном производственном бурении обеспечивает до 10 % большее количество пробуренных метров за смену благодаря стабилизирующей системе отбойного молотка HF1560ST, которая устраняет подскок долота, и автоматическому контуру регулирования параметров, который в реальном времени корректирует давление удара по мере изменения твёрдости породы на участке. Для поверхностного бурения на участках диаметром 140–178 мм форма ударного импульса с длинным поршнем в RD1840C создаёт волновые напряжения, лучше согласованные с длиной штанги и размером долота, чем более короткие импульсы с высокой частотой, характерные для подземных отбойных молотков.

Выбор резьбовой системы для работы на поверхности зависит от твердости породы: R25/T38 — для легких работ в мягких породах, T45 — для среднетвёрдых известняков и песчаников, T51/GT60 — для добычи твёрдых гранитов и базальтов. Несоответствие резьбовой системы — например, использование лёгких штанг T38 при бурении твёрдого гранита — приводит к ускоренному износу резьбы, который перевешивает производственное преимущество меньшего веса колонны.

Бурение в подземных горных выработках: время цикла и пространственные ограничения

При подземной проходке — проведении забоев, поперечных выработок и восстающих — цикл бурения является лишь одной частью последовательности операций, включающей также заряжание, взрывание, проветривание, погрузку породы и крепление кровли. Скорость работы отбойного молотка ограничена общим циклом и не оптимизируется автономно. Ключевое значение имеют надёжность оборудования в течение всей смены и способность быстро переустанавливать молоток между скважинами без повреждения ударного модуля.

COP MD20 от компании Epiroc был специально разработан для данного режима эксплуатации: повышенная устойчивость к работе в режиме свободного удара при переустановке — когда ударный механизм работает, но буровое долото ещё не соприкасается с породой — снижает количество отказов корпуса, наблюдавшихся у предыдущих поколений оборудования в ходе многократных циклов позиционирования «пуск/остановка». Подземные проходческие комбайны обычно работают 6–8 часов непосредственно в ударном режиме за смену; остальное время приходится на переустановку, зарядку и техническое обслуживание. Дрifter, хорошо справляющийся с фазой переустановки, сохраняет свой ресурс работы в ударном режиме даже при высокой загрузке смен.

Буровые работы при строительстве тоннелей: точность геометрии и проектирования взрывных работ

Строительство тоннелей для дорог, железных дорог и подземной инфраструктуры накладывает ограничение, которое не является столь значимым ни при открытой добыче, ни при подземной добыче руды: точность расположения скважин определяет геометрию взрыва, которая, в свою очередь, определяет контур тоннеля, а тот — объём перебора, требующего заполнения бетоном или набрызг-бетоном. Схема бурения, при которой отдельные скважины отклоняются от проектного положения на 150 мм, может привести к измеримому увеличению объёма перебора на один цикл — а с учётом стоимости строительства тоннелей такой перебор обходится дорого.

Совмещение направляющей рамы для подачи бурового оборудования имеет решающее значение при проходке тоннелей, поскольку один и тот же комбинированный буровой станок (джамбо) пробуривает полный комплект отверстий по всей забойной поверхности — от 50 до 150 отверстий за цикл, а любая систематическая ошибка позиционирования стрелы накапливается по всем отверстиям. Технология измерений в процессе бурения (MWD), доступная на современных буровых комбайнах (джамбо) от различных производителей, регистрирует давление удара, давление подачи и давление вращения на протяжении всего процесса бурения каждого отверстия, формируя журнал, который позволяет выявлять изменения горной породы и отмечать отверстия, в которых отклонения параметров указывают на наличие проблемы. Платформа iSure компании Sandvik использует эти данные для навигации при проходке тоннелей по технологии PERFECT SHAPE, обеспечивая графическое представление забоя и проверку плана бурения перед каждым циклом.

Сравнение областей применения: ключевые параметры выбора в зависимости от контекста

Системы промывки: основные различия между горнодобывающими и тоннельными буровыми работами

Промывка скважины — удаление породы и охлаждение долота — осуществляется по-разному в трёх типах применения. При открытой разработке месторождений используют сжатый воздух или водовоздушную смесь; при подземной разработке месторождений и проходке тоннелей обычно применяют водяную промывку при давлении 10–25 бар. Давление промывки и качество воды имеют большее значение для технического обслуживания отбойных молотков, чем это осознают многие операторы.

Промывка водой при проходке тоннелей уносит мелкую породную пыль и иногда повышенное содержание минералов из массива. При выходе из строя обратного клапана промывочного контура или износе уплотнений промывочной коробки вода попадает назад в ударный контур, загрязняя гидравлическое масло и вызывая деградацию уплотнений ударного механизма значительно быстрее, чем при обычном абразивном износе. Интервалы осмотра уплотнений при проходке тоннелей следует устанавливать на уровне 350–400 часов работы ударного механизма вместо 450–500 часов, принятых при сухом бурении на поверхности. Компания HOVOO поставляет комплекты уплотнений для отбойных молотов, применяемых во всех трёх типах работ — на поверхности, под землёй и при проходке тоннелей; выбор эластомерного материала определяется рабочей температурой и характером рабочей жидкости. Полные технические данные — на сайте hovooseal.com.