Схема подземного колонкового бурения часто не утверждается не из-за отсутствия оборудования, а из-за неправильного порядка изучения документации. Сначала внимание привлекают цифры 800 и 900 метров, а затем, взглянув на ширину выработки и размеры клети, обнаруживается, что транспортировка не учтена; или сначала смотрят на частоту вращения шпинделя, но не сопоставляют направление скважины с таблицей соответствующей глубины бурения. В данной статье на основе открытых материалов по подземной электрической полностью гидравлической колонковой буровой установке предлагается порядок изучения, исходящий из ограничений площадки и постепенно сужающийся до условий оборудования, а также указывается, какие пункты необходимо дополнительно проверить перед закупкой.
Шаг 1. Сначала изучите условия выработки и транспортировки, а не глубину бурения
Главное отличие подземного бурового участка от поверхностного — это доставка. Оборудование должно по частям прибыть к месту работ через наклонный ствол, клеть, вагонетки или транспортную систему выработок; ширина и высота выработки, радиус поворота и грузоподъемность являются первыми критериями отбора. Согласно материалам, установка имеет модульную разъемную конструкцию: силовая станция, механизм подачи, основание буровой установки, масляный бак и блок управления могут транспортироваться отдельно и затем собираться на участке.
В материалах указана ориентировочная масса основных модулей: силовая станция 240/270 кг, механизм подачи главного блока 130 кг, основание буровой установки 120 кг, масляный бак 120 кг, блок управления 90 кг. Эти значения в первую очередь используются для сверки с номинальной грузоподъемностью клети, уклоном выработки и условиями рельсового пути, а не для оценки буровых возможностей. В материалах также отмечено, что масса блока управления указана как 130 кг в таблице параметров и как 90 кг в сводке по модулям — есть два разных значения; фактическая схема транспортировки должна основываться на официально подтвержденной технической документации.
Смысл такого порядка в том, что если существующий транспортный путь не может принять какой-либо модуль, все последующие обсуждения параметров бурения не имеют практической основы. С другой стороны, разборность модулей решает только вопрос «можно ли доставить», но не решает автоматически вопрос «поместится ли после доставки»; крепление кровли, бортов и почвы выработки, а также фиксация основания по-прежнему требуют отдельного подтверждения.
Шаг 2. По направлению скважины найдите соответствующую справочную глубину бурения, не берите значения из другой строки
Подземные колонковые скважины бывают трех типов: нисходящие, горизонтальные и восходящие; справочные возможности одной и той же установки в разных направлениях различаются. Соответствие, приведенное в материалах, следующее:
| Направление скважины | Справочная глубина BQ | Справочная глубина NQ | Справочная глубина HQ |
|---|---|---|---|
| 90° | 920 м | 800 м | 380 м |
| 0° (горизонтальное) | 600 м | 400 м | 200 м |
| -90° (восходящее) | 350 м | 200 м | 150 м |
При чтении этой таблицы сначала определите направление и типоразмер проектной скважины на руднике, затем возьмите соответствующую ячейку; нельзя принимать максимальное значение для одного направления за универсальную возможность для других направлений. В материалах также указано, что разные рудники могут по-разному определять знак угла, поэтому перед началом работ следует руководствоваться фактическим направлением установки и проектной документацией. Значения в таблице приведены для справочных условий; фактически достижимая глубина скважины зависит от геологических условий, внутрискважинного инструмента, угла бурения и способа выполнения работ. В самих материалах также отмечено, что конечный результат бурения определяется фактическими условиями на площадке.
Отсюда следует условное суждение: если проектом предусмотрено управление рудным телом горизонтальными скважинами, сначала проверьте, покрывают ли значения BQ, NQ, HQ в строке 0° проектную глубину; если задача включает и восходящие скважины, необходимо отдельно включить в сравнение строку -90°, а не заменять ее строкой 90°.
Шаг 3. Увяжите три группы возможностей — подачу, зажим и канат — с внутрискважинными операциями
Таблица глубин бурения отвечает только на вопрос «на какую глубину можно бурить»; для бесперебойности внутрискважинных операций нужны еще несколько групп данных. В материалах непосредственно связаны с колонковым бурением следующие:
- Механизм подачи приводится в действие гидроцилиндром, ход 1800 мм, усилие подачи 65 кН, усилие подъема 130 кН, скорость быстрого перемещения 0,9 м/с. Напряженное состояние бурильной колонны в горизонтальных, нисходящих и восходящих скважинах различается, поэтому параметры подачи и обратного хода необходимо корректировать в зависимости от глубины скважины и изменения трения.
- Вращатель с гидравлическим верхним приводом, частота вращения 0–1500 об/мин, крутящий момент 600–1480 Н·м, оснащен регулируемым двигателем 107. В материалах указано, что широкий диапазон частоты вращения облегчает выбор рабочего режима для типоразмеров BQ, NQ, HQ и твердости породы.
- Зажим для бурильных труб: максимальный размер бурильной трубы 108 мм, проходное отверстие 128 мм, усилие зажима 80 кН. Пространство на подземном буровом участке ограничено, операции по свинчиванию и развинчиванию и работы у устья скважины сосредоточены, поэтому стабильность зажима напрямую влияет на операции с бурильными трубами. В материалах рекомендуется регулярно проверять износ зажимных колодок и гидравлическое давление.
- Канатоемкость лебедки 800 м, используется стальной канат 6 мм; минимальное усилие подъема при полном барабане 800 Н, максимальное усилие подъема при пустом барабане 1800 Н, скорость подъема 1,8–4,8 м/с. Бурение со съемным керноприемником позволяет сократить повторные спуски и подъемы всей бурильной колонны, что способствует снижению вспомогательного времени при бурении скважин средней глубины под землей.
Эти данные следует рассматривать в совокупности: канатоемкость 800 м численно соответствует справочной глубине бурения NQ 800 м в направлении 90°, но это не означает, что в любых геологических условиях и в любом направлении можно использовать весь запас; фактическая глубина восходящих и горизонтальных скважин также ограничивается трением бурильной колонны и условиями выноса шлама. Выбор усилия подачи, усилия подъема и частоты вращения также должен служить компоновкам бурового инструмента разных типоразмеров BQ, NQ, HQ, а не погоне за отдельным пиковым показателем.
Шаг 4. Условия электроснабжения, охлаждения и взрывозащиты необходимо выяснить до закупки
Установка имеет электрический привод; в материалах приведены два варианта двигателей: 22 кВт × 3 или 30 кВт × 2, расход основной системы 200 л/мин, давление 210 бар, расход вспомогательного насоса 10 л/мин, максимальное давление 150 бар. Электрический вариант не создает продуктов сгорания в закрытом или полузакрытом подземном буровом участке, но для этого необходимо наличие стабильного электроснабжения на площадке. В материалах четко указано: при фактической комплектации необходимо подтвердить электрическую схему в зависимости от напряжения шахты, частоты, длины кабеля и способа пуска.
Емкость гидравлического масляного бака 100 л, охлаждение водяное. В подземных условиях ограничен воздухообмен; водяное охлаждение помогает контролировать температуру масла, но необходимо обеспечить подачу охлаждающей воды и чистоту теплообменника; при плохом качестве воды следует регулярно очищать теплообменник, чтобы избежать образования накипи, ухудшающей теплоотвод. Чистота гидравлической жидкости, состояние рукавов высокого давления, соединений и фильтров также должны входить в ежедневный контроль.
В материалах особо отмечено, что обычная комплектация двигателя не может рассматриваться как взрывозащищенная. В угольных шахтах, газовых рудниках или подземных условиях с горючей пылью следует в соответствии с местными правилами безопасности выбирать двигатели, электрические шкафы, кабели и системы защиты соответствующего уровня взрывозащиты; без подтверждения запрещается использовать оборудование в зонах, где требуется взрывозащита. Это является предварительным условием действительности схемы, а не деталью, которую можно доработать позже.
Шаг 5. Способы работы в нарушенных породах и на специальных интервалах скважины должны быть включены в схему
В материалах упоминается, что при встрече с тектонической глиной, брекчией или зоной сильного дробления следует сокращать рейс, снижать подачу и наблюдать за изменением возврата воды; при необходимости применять обсадные трубы, корректировать промывочную жидкость или выполнять поинтервальную обработку. В таких породах главное — поддерживать устойчивость стенок скважины и повышать эффективный выход керна, а не просто гнаться за проходкой. Установка может комплектоваться высоконапорным плунжерным насосом серии 120, максимальный расход 120 л/мин, максимальное давление 70 бар, для промывки и некоторых специальных режимов циркуляции; необходимость комплектации зависит от назначения скважины и способа циркуляции, в материалах не приведен вывод о применимости этого насоса во всех условиях.
Для водоносных разломов и опережающего геологического бурения в материалах указано, что по керну скважины, возврату воды и изменению давления насоса можно косвенно судить о степени развития трещин и водоносной структуре, но это относится к комплексной оценке на месте; нельзя делать выводы о безопасности только на основании комплектации оборудования. При подземном монтаже также необходимо проверить крепление бурового участка, зафиксировать основание, расположить кабели и рукава в обход транспортных путей, а для восходящих и горизонтальных скважин принять соответствующие меры предосторожности в отношении бурильных труб, керноприемных труб и жидкости высокого давления.
Что еще следует подтвердить у поставщика после изучения в этом порядке
Материалы могут ответить на вопросы конструкции и параметров, но не заменяют подтверждения на уровне проекта. После изучения в указанном порядке следует запросить официальную техническую документацию по следующим пунктам:
- электрическая комплектация, соответствующая параметрам электроснабжения шахты и способу пуска, а также наличие требований взрывозащиты;
- источник охлаждающей воды, качество воды и условия очистки теплообменника;
- конкретные условия соответствия для направления проектной скважины, типоразмера и таблицы справочных глубин бурения;
- фактическая масса модулей и их совместимость с клетью и транспортировкой по выработкам; по какому документу следует принимать массу блока управления при наличии двух значений;
- соответствие типоразмера бурильных труб, канатной лебедки и выбранной технологии колонкового бурения, а также необходимость комплектации высоконапорного плунжерного насоса;
- план действий и комплект бурового инструмента для специальных интервалов, таких как зоны дробления и водоносные структуры.
При запросе цены указание назначения скважины, проектной глубины и диаметра, направления бурения, описания пород, условий транспортировки по выработкам, условий электроснабжения и водоснабжения позволяет быстрее получить проверяемую схему комплектации, чем простой вопрос о модели. Показатели эффективности бурения, выхода керна и продолжительности работ, не приведенные в материалах, не следует на этапе проектирования принимать в качестве гарантированных обязательств.