Станки вращательного бурения шарошечными долотами

Шарошечное бурение заключается в том, что при вращении долота шарошки (конусы или цилиндры с зубками), свободно сидящие на осях цапф долота, перекатываются по поверхности забоя скважины. При этом зубки внедряются в породу под действием осевого давления, передаваемого через буровой став долоту, и разрушают ее ударом и резанием.

Таблица 2.1.

Техническая характеристика станков шарошечного бурения

Станки шарошечного бурения, как правило, состоят из следующих основных узлов (см. рис.2.1.): гусеничной ходовой части с индивидуальным приводом на каждую гýсеницу; платформы с машинным отделением, маслостанцией, компрессорной установкой и электрооборудованием; мачты с рабочим органом, состоящим из механизма вращения и подачи бурового става; механизма свинчивания-развинчивания буровых штанг; сепаратора или кассеты для штанг; пылеулавливающей установки; гидро- и пневмосистем.

Рис.2.1. Схема станка шарошечного бурения

1 – кабина машиниста; 2 – передний гидродомкрат выравнивания станка;

3 – гидроцилиндр наклона мачты; 4 – гусеничные тележки;

5 – задний гидродомкрат выравнивания станка;

6 – телескопический подкос мачты; 7 – мачта; 8 – платформа.

Для удаления буровой мелочи из скважины и охлаждения шарошечного долота применяется сжатый воздух, нагнетаемый компрессором. Воздух поступает по гибкому шлангу в вертлюг, а затем по ставу буровых штанг проходит через долото, охлаждает его и, захватив буровую мелочь, выходит к устью скважины по зазору между стенкой скважины и штангой. На поверхности у устья скважины установлен пылеприемник, откуда воздух поступает на очистку в циклон. Мачта представляет собой сварную пространственную ферму. Подъем и опускание мачты осуществляется с помощью двух гидроцилиндров. Рабочее положение мачты вертикальное, транспортное – горизонтальное.

Перед бурением платформу станка устанавливают в горизонтальное положение с помощью трех или четырех гидродомкратов.

Вертлюг служит для подачи сжатого воздуха через патрубок 1 (см. рис.2.2.) от не вращающегося шланга к вращающемуся буровому ставу через шпиндель 2 и переходник 3, а также для поддержания верхнего конца буровой штанги при бурении. Шпиндель установлен в расточке корпуса на шарикоподшипниках 4. Зазор между вращающимся шпинделем и неподвижным корпусом уплотнен сальником 5.

Рис.2.2. Вертлюг

1 – подводящий патрубок; 2 – шпиндель; 3 – переходник;

4 – подшипник; 5 – сальник; 6 – корпус.

Комплект бурового инструмента (см. рис. 2.3.) состоит из переходника, буровых штанг, удлинителя става, стабилизатора и долота. Сменный переходник длиной около 0,5 м имеет нижнюю соединительную резьбу, соответствующую резьбе верхнего конца буровой штанги.

Буровые штанги служат для передачи долоту крутящего момента и осевого усилия, а также подвода к забою сжатого воздуха для выдачи из скважины буровой мелочи. Буровые штанги соединяются между собой с помощью резьбовых ниппелей. Для обеспечения нормальных условий удаления буровой мелочи из скважины диаметр штанги должен быть на 20 – 50 мм меньше диаметра долота. Штанги изготавливают из стальных бесшовных труб.

Удлинитель основной штанги длиной 2 – 3 м служит для перекрытия части пространства от бурового стола станка до поверхности уступа.

Стабилизатор предназначен для предотвращения поперечных колебаний буровой штанги, приводящих к преждевременному износу ее и долота.

Рис. 2.3. Комплект бурового инструмента

станков вращательного бурения шарошечными долотами

1 – шпиндель; 2 – переходник; 3 – буровая штанга;

4 – удлинитель штанги; 5 – стабилизатор; 6 – долото.

Стабилизатор крепится к нижнему концу буровой штанги, а долото устанавливается в нижнюю часть стабилизатора. Стабилизатор (рис.2.4.) состоит из корпуса 1 с вертикально установленными в нем тремя роликами 2.

Рис. 2.4. Стабилизатор

1 – корпус; 2 – ролики; 3 – резьбовой ниппель.

Диаметр стабилизатора по выступающим краям роликов равен диаметру долота. Корпус стабилизатора имеет такой же диаметр, как и буровая штанга. Применение стабилизатора способствует уменьшению требуемого крутящего момента за счет снижения трения штанги о стенки скважины при ее изгибе и обеспечивается бόльшая плавность бурения.

При вращательном бурении на карьерах используют двух- и трехшарошечные долота. Наибольшее распространение получили трехшарошечные долота, которые применяют для бурения скважин в породах от мягких до очень крепких с вооружением шарошки в виде фрезерованных на ней зубьев (рис.2.5.а) различной длины и конфигурации или впрессованных в нее штырей из твердого сплава – карбида вольфрама (рис.2.5.б).

а б

Рис. 2.5. Трехшарошечные долота:

а) зубчатое; б) штыревое.

Трехшарошечные долота (рис.2.6), применяемые в горнорудной промышленности, состоят из трех сварных секций (лап), на которых монтируют шарошки.

Рис. 2.6. Конструкция трехшарошечного долота.

1 – лапа; 2 – шарошка; 3 – роликовый подшипник;

4 – шариковый подшипник; 5 – штыри из твердого сплава;

6 – канал для подачи сжатого воздуха; 7 – резьбовой ниппель.

Опоры шарошек в зависимости от размеров долот выполняют по различным схемам. В горной промышленности трехшарошечные долота выполняют с опорами по схеме Р-Ш-Р, т.е. имеющими два силовых роликоподшипника 3 и между ними один шариковый подшипник 4. На долотах малых диаметров нижний подшипник может быть шариковым (схема Р-Ш-Ш).

Шарошки и лапы долот в основном изготавливают из хромоникелевой малоуглеродистой (12ХН2), (20ХН3А) и никель-молибденовой (17Н3МА) сталей и подвергают химико-термической обработке.

Верхняя часть корпуса долота заканчивается резьбовым ниппелем 7, с помощью которого долото соединяется с буровыми трубами.

Для бурения скважин на карьерах выпускаются семь типов трехшарошечных долот (см. табл.2.2.).

Таблица 2.2.

Типы шарошечных долот и области их применения

По способу расположения зубьев шарошки долота могут быть с само- и не самоочищающимися зубьями. У наиболее распространенных самоочищающихся долот зубчатый венец одной шарошки входит в проточку между венцами другой, за счет чего улучшается очистка зубьев от породы.