Реферат на тему надежность бурового оборудования

Обновлено: 05.07.2024

В процессе эксплуатации оборудования происходит качественное изменение состояния деталей и узлов, вызванное износом взаимосвязанных рабочих поверхностей. Полностью избежать изнашивания оборудования невозможно. Однако правильная эксплуатация бурового оборудования, применение высококачественных смазочных материалов и систем технического обслуживания способствует продлению межремонтного периода работы оборудования.
Система технического обслуживания и планового ремонта бурового оборудования предусматривает проведение ряда регламентированных операций, содержащихся в ГОСТ 18322-78.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Эксплуатация и ремонт БО.docx

Эксплуатация и ремонт БО

Особенности эксплуатации машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов.

Понятие о техническом обслуживании и ремонте оборудования.

Система технического обслуживания и планового ремонта бурового оборудования предусматривает проведение ряда регламентированных операций, содержащихся в ГОСТ 18322-78.

Техническое обслуживание – комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировке. Оно содержит регламентированные в конструкторской документации операции для поддержания работоспособности или исправности изделия в течении срока его службы. В техническое обслуживание могут входить мойка изделия, контроль его технического состояния, очистка, смазывание, крепление болтовых соединений, замена некоторых составных частей, регулировка.

Ремонт – комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий или их составных частей. В ремонт могут входить разборка, контроль технического состояния изделия, восстановление деталей, сборка и т.д. содержание части операций ремонта может совпадать с содержанием некоторых операций технического обслуживания. Ремонт любого вида должен сопровождаться выдачей определенных гарантий на последующий срок эксплуатации.

Основой проведения качественного и своевременного ремонта является система ТО и ПР. (техническое обслуживание и плановый ремонт). Эта система состоит из следующих основных разделов: система технического обслуживания и планового ремонта, структура и длительность ремонтных циклов и межремонтного периода, организация оперативно-технического учета и отчетности. ТО и ПР оборудования проводится после определения периода его эксплуатации. Чередование и периодичность ТО и ПР определяются длительностью межремонтного периода каждого агрегата, входящего в состав установки.

Система ТО и ПР устанавливает принципиальные основы организации их, что создает необходимые предпосылки для более эффективного использования оборудования, увеличения межремонтного периода, уменьшение интенсивности износа сопряженных деталей, обеспечивает возможность более тщательной подготовки ремонтных работ, проведение их в кратчайшие сроки и на высоком техническом уровне. Планирование, подготовка и организация ТО и ПР направлены на проведение их в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. Технологическая подготовка заключается в разработке технических условий на капитальный ремонт, технологических процессов разборки, сборки, восстановления и составления дефектных ведомостей.

Организация ремонтных работ включает планирование работ по ремонту, техническую подготовку производства, применение прогрессивных технологий ремонта, механизацию слесарно-сборочных работ, развитие специализации ремонта по видам оборудования, расширение области применения агрегатного и поточного метода ремонта, обеспечение ремонтной документацией.

Системой ТО и ПР бурового оборудования действующей в нефтяной промышленности предусмотрены, техническое обслуживание (ТО), текущий ремонт (ТР), капитальный ремонт (КР).

Техническое обслуживание (ТО) – подразделяется на два вида - периодическое и сезонное. Периодическое ТО выполняется через установленные в эксплуатационной документации значения наработки или интервала времени (например ТО₁, ТО₂, ТО₃). Сезонное ТО включает в себя операции по замене сезонных сортов масел, установке или снятию утеплений, агрегатов предпускового подогрева и т.д. ТО оборудования проводится силами эксплуатационного персонала буровой или силами ремонтной бригады. Результаты ТО фиксируются в журнале. Комплекс ТО регламентируется инструкциями заводов изготовителей.

Текущий ремонт (ТР) осуществляется в процессе эксплуатации в целях гарантированного обеспечения работоспособности оборудования. При ТР проводится частичная разборка оборудования, ремонт отдельных узлов или замена изношенных деталей, регулировка и испытание согласно инструкции по эксплуатации. Неисправные детали и узлы ремонтируются в мастерских. ТР проводится ремонтными бригадами с привлечением обслуживающего персонала в соответствии с планами.

Капитальный ремонт (КР) проводится в целях восстановления работоспособности и ресурса оборудования. При КР осуществляется полная разборка оборудования, мойка и дефектоскопия деталей, ремонт, регулировка, сборка, испытание под нагрузкой и окраска. КР проводится в соответствии с планом-графиком ремонта на специализированных заводах, оснащенных соответствующим технологическим оборудованием. Порядок сдачи в ремонт, испытание и приемка после ремонта определяются техническими условиями на капитальный ремонт оборудования.

Организация ТО и ПР осуществляется под методическим и техническим руководством службы главного механика. Практическое проведение возлагается на базы производственного обслуживания, централизованные ремонтные заводы.

Таким образом, действующая система ТО и ПР оборудования предусматривает проведение комплекса мероприятий предупредительного характера, направленных на поддержание оборудования в постоянной эксплуатационной готовности и обеспечивающих наибольшую производительность и высокое качество буровых работ, увеличение межремонтных сроков службы, снижение затрат на ремонт и эксплуатацию оборудования, повышение качества ремонтных работ.

Структура и длительность ремонтных циклов и межремонтных периодов.

Основой ПР является структура ремонтных циклов и план-график ремонта оборудования. Под структурой ремонтного цикла понимается последовательность проведения установленных видов ремонта в ремонтном цикле.

Ремонтным циклом называют наименьшие повторяющиеся интервалы времени или наработка изделия, в течении которых выполняются в определенной последовательности и в соответствии с требованиями норматино-технической документации все установленные виды ремонта, например для буровой лебедки – структура ремонтного цикла К –9Т –К, для ротора – К-7Т-К.

Межремонтным периодом называется время между последовательно проведенными ремонтами оборудования. Ремонтный цикл и межремонтный период изменяются в зависимости от условий эксплуатации, совершенства конструкции, технического обслуживания и качества ремонта оборудования. Работа оборудования учитывается в часах отработанного времени, по машинному времени. Под машинным временем оборудования понимается время непосредственной работы оборудования на скважине. Коэффициент использования оборудования по машинному времени определяется как отношение машинного времени по времени нахождения оборудования в работе.

Назначение и условия эксплуата ции бурового оборудования.

Буровые установки предназначены для сооружения скважин. Конструкция скважины во многом определяет типоразмер БУ. Буровая установка состоит из отдельных сооружений, агрегатов и механизмов. Процесс бурения представляет собой отдельные последовательные или повторяющиеся операции, которые выполняет буровая бригада с помощью механизмов. По функциональному назначению всё оборудование можно условно подразделить на две группы: подземное и наземное. Если подземное оборудование предназначено непосредственно для бурения скважины, то наземное приводит его в движение и обслуживает его работу.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
4
1 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ ДАННЫМ
8
2 ОПРЕДЕЛНИЕ СРЕДНЕГО ВРЕМЕНИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ТУРБОБУРА
12
3 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ТУРБОБУРА 14
4 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОВЕРКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ 16
5 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЙБУЛЛА
ВЫВОД
19
22
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 23

Работа содержит 1 файл

РГР надежность Белов.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов

Белов Максим Андреевич

(фамилия, имя, отчество студента)

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

Надежность бурового и нефтепромыслового

Расчет показателей надежности по

Отметка о зачёте

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

1 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ ДАННЫМ

2 ОПРЕДЕЛНИЕ СРЕДНЕГО ВРЕМЕНИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ТУРБОБУРА

3 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ТУРБОБУРА

4 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОВЕРКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ

5 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЙБУЛЛА

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Указанные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять основных видов технического состояния объектов:

1) исправное состояние. Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

2) неисправное состояние. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

3) работоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

4) неработоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

5) предельное состояние. Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Переход объекта (изделия) из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее обычно происходит вследствие событий: повреждений или отказов. Совокупность фактических состояний объекта, к примеру, электроустановки, и возникающих событий, способствующих переходу в новое состояние, охватывает так называемый жизненный цикл объекта, который протекает во времени и имеет определенные закономерности, изучаемые в теории надежности.

Согласно ГОСТ 27.002-89 отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Переход объекта из исправного состояния в неисправное не связан с отказом.

В теории надежности, как правило, предполагается внезапный отказ, который характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. На практике приходится анализировать и другие отказы, к примеру, ресурсный отказ, в результате которого объект приобретает предельное состояние, или эксплуатационный отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил или условий эксплуатации.

При расчетах и анализе надежности широко используются термины "элемент" и "система". Под элементом понимается часть сложного объекта, которая имеет самостоятельную характеристику надежности, используемую при расчетах и выполняющую определенную частную функцию в интересах сложного объекта, который по отношению к элементу представляет собой систему.

Например, изолятор в гирлянде изоляторов выполняет роль элемента, а гирлянда изоляторов - это система. На трансформаторной подстанции выключатели, отделители, разъединители, силовые трансформаторы и т.п. являются элементами, а сама подстанция является системой. Из приведенных примеров видно, что в зависимости от уровня решаемой задачи и степени объединения анализируемых аппаратов и устройств определенный объект может в одном случае быть системой, а в другом - элементом. Так при анализе надежности трансформатора его можно "разложить" на множество элементов: обмотки высокого и низшего напряжения, высоковольтные и низковольтные вводы, магнитопровод, бак трансформатора и т.д. С другой стороны, для трансформаторной подстанции трансформатор удобнее представить как элемент, у которого есть свои характеристики надежности, нормативно-техническая документация, требования к эксплуатации.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 для количественной оценки надежности применяются количественные показатели оценки отдельных ее свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также комплексные показатели, характеризующие готовность и эффективность использования технических объектов (в частности, электроустановок).

Эти показатели позволяют проводить расчетно- аналитическую оценку количественных характеристик отдельных свойств, при выборе различных схемных и конструктивных вариантов оборудования (объектов) при их разработке, испытаниях и в условиях эксплуатации. Комплексные показатели надежности используются главным образом на этапах испытаний и эксплуатации при оценке и анализе соответствия эксплуатационно-технических характеристик технических объектов (устройств) заданным требованиям.

На стадиях экспериментальной отработки, испытаний и эксплуатации, как правило, роль показателей надежности выполняют статистические оценки соответствующих вероятностных характеристик. В целях единообразия все показатели надежности, в соответствии с ГОСТ 27.002-89, определяются как вероятностные характеристики. В данном пособии отказ объекта рассматривается как случайное событие, то есть заданная структура объекта и условия его эксплуатации не определяют точно момент и место возникновения отказа. Принятие этой, более распространенной, концепции предопределяет широкое использование теории вероятностей.

Опыт эксплуатации очень многих электронных приборов и значительного количества электромеханической аппаратуры показывает, что для них характерны три вида зависимостей интенсивности отказов от времени (рисунок 1), соответствующих трем периодам жизни этих устройств.

Рисунок 1 - Зависимость интенсивности отказов от времени

Теория статистических методов нацелена на решение реальных задач. Поэтому в ней постоянно возникают новые постановки математических задач анализа статистических данных, развиваются и обосновываются новые методы. Обоснование часто проводится математическими средствами, то есть путем доказательства теорем. Большую роль играет методологическая составляющая — как именно ставить задачи, какие предположения принять с целью дальнейшего математического изучения. Велика роль современных информационных технологий, в частности, компьютерного эксперимента.

Актуальной является задача анализа истории статистических методов с целью выявления тенденций развития и применения их для прогнозирования.

1 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ ДАННЫМ

Рассмотрим методику расчета показателей надежности по статистическим данным на примере исследования показателей эксплуатационной надежности турбобуров, причины аварий с турбобурами следующие:

- турбобуры типа ЗТСШ, турбобуры типа АШ с наклонной линией давления:

1) отвинчивание шпинделя в результате развинчивания верхнего переводника;

2) слом корпуса турбобура по верхнему переводнику в зоне резьбы и выше неё до 1,2 м у всех типов турбобуров;

3) отвинчивание шпинделя средней секции турбобура ЗТСШ;

4) слом вала шпинделя, слом вала турбобура;

5) срыв резьбы верхнего переводника турбобура;

6) раскрепление шпинделя по замковой резьбе.

- турбобуры типа ТСБ5, ТС5Е, Т12РТ, КТД4С, ТС4А, А7НЧС, А9Г, РТБ:

1) срыв резьбы верхнего переводника (вырыв из резьбы корпуса) или переводника, соединяющего корпусы секционных турбобуров;

2) отвинчивание роторной гайки и контргайки вала турбобура;

3) слом вала турбобура, слом корпуса турбобура, отвинчивание ниппеля турбобура, срыв или отвинчивание резьбового соединения вала турбобура из резьбы переводника на долоте, отвинчивание турбобура от бурильной колонны, заклинивание корпуса турбобура.

Статистической обработке подвергаются данные об отказах турбобуров в реальных условиях эксплуатации.

В результате наблюдений за работой турбобуров на буровых установках в течение года получены данные о наработках до отказа (в часах), приведенные в таблице 1.

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ | 4 |
1 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ ДАННЫМ | 8 |
2 ОПРЕДЕЛНИЕ СРЕДНЕГОВРЕМЕНИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ТУРБОБУРА | 12 |
3 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ТУРБОБУРА | 14 |
4 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОВЕРКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ | 16 |
5 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЙБУЛЛАВЫВОД | 19 22 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ | 23 |

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 "Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения"надежность трактуется, как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Как видно из определения, надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условийего пребывания может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенное сочетание этих свойств.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Указанные важнейшие свойстванадежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять основных видов технического состояния объектов:
1) исправное состояние. Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
2) неисправное состояние. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требованийнормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Для разведки, вскрытия или добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей в горных породах бурят вертикальные, горизонтальные или наклонные шпуры и скважины.

Бурение — процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы путем разрушения горных пород в торцевом забое.

Буровой станок — буровая машина, установленная на самоходной платформе или передвижной раме, применяемая для бурения взрывных и разведочных скважин и шпуров при открытой и подземной разработке полезных ископаемых, при сплошных камерных и особенно этажно-камерных и блоковых системах разработки для бурения скважин.

Шпуром принято называть искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м.

Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м.

Бурение производится с помощью буровой установки — комплекса оборудования, включающего буровую вышку (мачту), силовой привод, механизм передвижения, оборудование для механизации спуско-подъемных операций и очистки скважин и др.

Для ведения буровзрывных работ бурят шпуры или скважины, в которые помещают взрывчатое вещество (ВВ).

В общей технологии открытых горных работ буровзрывные работы являются одним из основных и трудоемких производственных процессов. На долю буровзрывных работ приходится в среднем от 16 до 32 % всех затрат, необходимых для добычи твердых полезных ископаемых.

В нашей стране ежегодно бурятся десятки миллионов метров взрывных скважин и шпуров, и с каждым годом объемы бурения растут.

От качества рыхления горных пород зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, его долговечность и эффективность эксплуатации.

Дальнейшее развитие буровой техники предусматривает: создание станков для бурения скважин диаметром до 400 мм шарошечными долотами; разработку новых способов бурения; совершенствование автоматизации управления режимами бурения и вспомогательными операциями; снижение времени на спуско-подъемные операции в 1,5—2 раза; осуществление бурения взрывных скважин глубиной до 18—24 м без наращивания буровых штанг; разработку невращающихся буровых ставов; использование стабилизаторов и амортизаторов; совершенствование и внедрение на станках шарошечного бурения электровибробуров; освоение новых типов шарошечных долот и дополнительных устройств к ним и более интенсивное применение станков комбинированного бурения.

Характеристики буровых станков

диаметр бурения — до 200 мм

глубина бурения — до 52 м

частота вращения инструмента — до 3,3 с-1

крутящий момент — до 10 кН

скорость подачи — до 0,4 м/с

усиление подачи — до 200 кН

размер блина штанги — до 4250 м

скорость передвижения станка — до 1,36км/ч

давление на грунт — до 0,1МПа

мощность двигателей установленная — до 337кВт

габариты в рабочем положении: длина — до 10300 мм, ширина — до 4900 мм, высота — до 18200мм

Классификация буровых станков

- буровые станки вращательного бурения шарошечными долотами

- буровые станки вращательного бурения резцовыми коронками

- буровые станки ударно-вращательного бурения б

- уровые станки комбинированного бурения

- буровые станки ударно-канатного бурения

Буровые станки классифицируются по характеру (способу) разрушения горной породы, типу привода и назначению (рис. 1).

Рис. 1. Классификация буровых станков для открытых работ

Бурение горной породы можно производить механическим и немеханическим способами. Механический способ реализуется в машинах ударного, вращательного, ударно-вращательного бурения, когда разрушение горной породы производится инструментом под действием прикладываемых к нему силовых нагрузок.

Ударный способ бурения осуществляется в результате нанесения ударов инструмента по породе. Удары можно наносить по хвостовику бура, лезвие которого, внедряясь, разрушает некоторый объем породы. После каждого удара буровой инструмент принудительно поворачивается и постепенно разрушает породу по всему сечению скважины. Этот способ бурения используется в бурильных машинах — перфораторах.

Для бурения скважин в сложных горно-геологических условиях с перемежающимися' породами различной крепости и структуры высоты на забой под действием собственного веса. Ударом создаются большие удельные нагрузки на лезвие коронки, что более эффективно для разрушения хрупких горных пород. Поворот инструмента происходит под действием упругих сил закручивания каната, на котором подвешен буровой инструмент. Так осуществляется бурение станками ударно-канатного бурения.

При вращательном способе бурения разрушение забоя скважины скалыванием, смятием, истиранием осуществляется вращающимся инструментом с приложением к нему значительной осевой нагрузки. Этот способ реализуется в станках вращательного бурения шарошечными долотами и резцовыми коронками.

При ударно-вращательном способе бурения буровой инструмент непрерывно вращается вокруг своей оси и по нему наносятся удары. Осевое усилие прикладывается к инструменту для нейтрализации сил отдачи, действующих на него в момент удара. Этот способ применяется в станках ударно-вращательного бурения с погружными пневмо-ударниками. Немеханическим (физическим) способом производится термическое, взрывное, гидравлическое, электро-гидрав-лическое, ультразвуковое и комбинированное бурение. При этом способе бурения силовые нагрузки на горную породу передаются через жидкую или газообразную среду. Несмотря на создание новых немеханических способов бурения, механический способ является преобладающим.

По типу привода буровые станки делятся на электрические и тепловые, работающие от двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

По назначению буровые станки делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин и для бурения скважин среднего и большого диаметра.

Основные параметры буровых станков — диаметр, глубина и угол наклона пробуриваемой скважины.

Наибольшее распространение на открытых горных работах получили станки вращательного бурения шарошечными долотами, которыми выполняется около 80 % всех объемов бурения. Остальные 20 % объема выполняются станками вращательного бурения резцовыми коронками, ударно-вращательного и комбинированного бурения. Кроме того, на открытых горных работах еще находятся в эксплуатации станки ударного бурения.

Станки вращательного бурения шарошечными долотами

К станкам вращательного бурения относятся станки шарошечного бурения, предназначенные для бурения вертикальных и наклонных скважин в породах средней крепости и крепких. Разрушение породы осуществляется шарошечным долотом, во время вращения которого при постоянном усилии подачи зубья шарошек скалывают и раздавливают горную породу.

Рис. 2. Конструктивная схема станка вращательного бурения шарошечными долотами

Станки шарошечного бурения (рис. 2.) имеют шарошечное долото /, укрепленное на конце штанги 2. Вращатель 3 сообщает штанге вращение, а механизм подачи 4 подает ее на забой. Разрушенная горная порода удаляется сжатым воздухом или водовоздушной смесью, поступающей в скважину по пустотелым буровым штангам.

На станках имеются гидро- и пневмосистемы, пылеулавливающие установки, машинное помещение, электрооборудование, кабина машиниста с пультом управления и ходовое оборудование. Станки шарошечного бурения позволяют бурить с высокой производительностью в разнообразных горно-геологических условиях. Отличаются эти станки между собой конструкцией вращательно-подающего механизма, определяющего частоты вращения и скорости подачи инструмента, величинами осевых усилий подачи, крутящих моментов и др.

Станки вращательного бурения резцовыми коронками

Сущность бурения этими станками заключается в следующем. Буровой инструмент вращается от двигателя через редуктор и одновременно подается на забой механизмом подачи или под действием веса привода вращателя и бурового става, состоящего из последовательно соединенных шнековых штанг и резцовой головки. Эти станки часто называют станками шнеко-вого бурения.

Шнековая штанга выполняется в виде стержня, к наружной поверхности которого по винтовой линии приварена стальная лента. Резцовая головка представляет собой корпус с двумя или несколькими перьями и хвостовиком. Режущие кромки перьев армируются пластинками твердых сплавов или наплавкой твердого сплава. Хвостовик служит для присоединения резцовой головки к шнековой штанге.

Станки вращательного бурения резцовыми коронками (рис. 3) имеют вращатель 1, своими лапами скользящий по вертикальным направляющим 2. Подъем вращателя производится лебедкой с помощью подъемного каната, образующего полиспаст 3. В патроне вращателя укрепляется шнековая штанга 4 с прикрепленной к ней коронкой 5. Разрушенная порода удаляется из скважины на поверхность шнеком.

Рис. 3. Конструктивная схема станка вращательного бурения резцовыми коронками

Такие станки могут бурить вертикальные, наклонные и горизонтальные скважины только по мягким породам.

Существуют станки вращательного бурения горизонтальных скважин и машины для шнекобуровой выемки угля из тонких пластов .мощностью от 0,6 до 2 м. Основная их особенность состоит в наличии механизма подачи. В нашей стране такие станки распространения пока не получили и имеются лишь в единичных экземплярах.

Станки ударного бурения

К станкам ударного бурения относятся станки ударно-канатного бурения. Ударный способ бурения используется также в перфораторах, которые применяются на карьерах для бурения шпуров в негабаритных кусках горной породы, при добыче декоративного камня и др.

Станки ударно-канатного бурения находят преимущественное применение при проходке скважин на воду, гидрогеологических, водопонижающих и взрывных скважин, а также при геологической разведке россыпных и других месторождений.

Этими станками бурят вертикальные скважины диаметром 200—900 мм на глубину 50— 500 м в породах различных категорий крепости.

Рис. 4. Конструктивная схема станка ударно-канатного бурения

Станки ударно-канатного бурения (рис. 4.) имеют тяжелый (1000—3000 кг) буровой снаряд U подвешенный на канате 2. Кри-вошипно-шатунный механизм 3 с помощью оттяжного блока 4 периодически поднимает и опускает буровой снаряд, который лезвием долота, имеющим форму клина, наносит удары по породе забоя. Накапливаемая при падении кинетическая энергия при ударе долота по породе расходуется на ее разрушение. Привод всех механизмов осуществляется через главный вал 5 от двигателя 6 с помощью муфт и шкивов, что позволяет независимо включать любой механизм станка.

Для получения скважины круглого сечения и равномерного разрушения породы в забое долото с ударной штангой после каждого удара во время его подъема над забоем скважины поворачивается на угол от 15 до 60°. При подъеме бурового снаряда канат натягивается и раскручивается, что приводит к поворачиванию бурового снаряда. При ударе снаряда о забой натяжение каната ослабевает и замок, соединяющий канат со штангой (долотом), поворачивается под действием закручивающих усилий каната.

По мере углубления скважины увеличивают свободную длину каната. Во время бурения в скважину подается вода. Разрушенная порода находится во взвешенном состоянии, образуя с водой шлам, удаляемый из скважины с помощью специального инструмента — желонки.

Чистка скважин при бурении крепких пород производится через 0,4—0,9 м, при бурении слабых пород — через 0,9—1,5 м и более.

Основной недостаток станков этого типа — малая частота ударов (45—60 мин"1) ограничи&ающая их производительность. Увеличить частоту ув&рвв въвош&жт так как продолжительность падения бурового снаряда зависим от ускорения свободного падения и высоты ирд>ъё*т инструмента (0,8—1 м).

Станки ударно-вращательного бурения

Бурение станками ударно-вращательного бурения основано на комбинированном способе разрушения породы, объединяющем основные достоинства ударного и вращательного воздействия на породу. Отличительной особенностью этих станков является наличие погружного ударного механизма — пневмоударника / (рис. 5). Пнев-моударнику через штанги 2 передается вращение от вращателя 3, установленного на плите 4. Подача бурового става йа забой и создание осевого усилия осуществляются с помощью подающего механизма 5. Вращатель перемещается по мачте 6> изменение угла наклона которой осуществляется гидроцилиндром 7.

Рис. 5. Конструктивная схема станка ударно-вращательного бурения

Основными преимуществами ударно-вращательных станков являются сохранение энергии удара на буровой коронке независимо от глубины скважины и возможность приложения к буровому инструменту большого крутящего момента, хотя при этом пневмоударник, непрерывно вращающийся в скважине, подвержен значительному износу.

Станки могут бурить вертикальные и наклонные скважины.

Станки комбинированного бурения

Эти станки являются универсальными машинами, позволяющими вести бурение скважин в сложных горно-геологических условиях с перемежающимися породами различной крепости и структуры. Эффективность разрушения твердых горных пород достигается за счет комбинированного воздействия на породу различных механических и немеханических способов бурения.

Рис. 6. Конструктивная схема станка комбинированного (термомеханнческого) бурения

Из немеханических способов бурения широкое применение получил термический, который в сочетании с механическим способом позволяет эффективно бурить плотные породы высокой крепости.

При термическом бурении разрушение горной породы происходит вследствие интенсивного одностороннего нагревания забоя скважины раскаленными струями газов. Наиболее эффективно разрушаются кварцсодержащие породы, имеющие низкую теплопроводность при большом коэффициенте линейного расширения.

Сущность термомеханического способа бурения заключается в том, что нагрев породы вызывает значительное снижение ее прочности, а окончательное разрушение достигается механическим способом.

Схема станка термомеханического бурения показана на рис. 6. Станок оснащен термошарошечным рабочим инструментом. Высокотемпературные газовые струи, вытекающие из сопел / термобура, разрушают и ослабляют горную породу на забое скважины. С помощью шарошечного бурового инструмента 2 производится разрушение породы. Термошарошечный рабочий инструмент, закрепленный на штанге 3, вращается с помощью вращателя 4. Рабочие компоненты — керосин, кислород и вода — подаются к входному коллектору 5 на вращателе и далее по каналам в штанге поступают к горелке термобура. Разрушенная порода выносится парогазовой смесью.

Станки термошарошечного бурения позволяют вести проходку скважины шарошечным долотом, с последующим расширением до необходимого диаметра термобуром.

Новые методы разрушения горных пород

Рассматривая перспективы развития открытых горных работ, можно утверждать, что преобладающим способом бурения шпуров и скважин по-прежнему будет механический. Ввиду роста объемов добычи полезных ископаемых будут возрастать и объемы бурения, что, естественно, требует дальнейшего совершенствования способов и средств бурения.

Опыт ведения буровзрывных работ показал, что с ростом крепости и абразивности пород значительно возрастает трудоемкость их бурения и дробления. Установлено, что с увеличением крепости пород скорость механического бурения снижается, в то же время при термическом воздействии на породу наблюдается обратная картина, т. е. с ростом крепости возрастает и скорость бурения. Это и обусловливает основное направление в поисках эффективных средств и устройств, реализующих принцип теплового воздействия на породу. Конкретные варианты реализации этого принципа имеют большое разнообразие, так как все зависит от принятой схемы контакта источника (генератора) тепла и породы.

В настоящее время разработаны следующие принципиально новые схемы теплового воздействия на породу для ее разрушения:

- контактная передача теплового поля от генератора непосредственно горной породе (использование тепловых потерь при трении от контактного воздействия инструмента на породу, разрушение с помощью термита, электронагревательный бур, атомный бур);

- свободная передача теплового поля от генератора горной породе (электродуговой бур);

- воздействие на породу высокотемпературной струей газов (кислородное копье, огневое бурение, плазматрон);

- воздействие лучистой энергии оптической области, основанное на ее поглощении горной породой и последующем переходе в тепловую (бипараболоидный генератор, эллипсоидный генератор);

- разрушение горных пород с помощью частиц высокой энергии (электронов, фотонов), основанное на том, что при про-

- вождении этими частицами горной породы их кинетическая энергия в результате торможения переходит в тепловую (бур на базе вакуумной электронно-лучевой трубки, лазерный бур);

- контактная передача преобразуемой энергии породе и ее разрушение при электрическом пробое (импульсный высоковольтный разрядник, высокочастотный контактный нагрев);

- разрушение пород в переменном электромагнитном поле (конденсаторные устройства, магнетрон, одновитковый или спиральный индуктор).

Перспективность применения того или иного способа бурения целесообразно рассматривать с позиций обеспечения высокой производительности бурения.

Список использованной литературы

1. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 1966;Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966

2. Скрыпник С.Г., Данелянц С.М., Механизация в автоматизация трудоёмких процессов в бурении, М., 1968

3. Арш Э.И., Виторт Г.К., Черкасский Ф.Б., Новые методы дробления крепких горных пород. К., 1966. Волков С.А., Сулакшин С.С., Андреев М.М., Буровое дело, М., 1965;

4. Куличихин Н.И., Воздвиженский Б.И., Разведочное бурение, М., 1966;

5. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966.

Читайте также: