Буровой инструмент для RC-бурения
Во всем мире горнодобывающие предприятия обращают особое внимание на пополнение и изучение
запасов месторождений полезных ископаемых.
Особую роль в этом вопросе играют геологические исследования и их технологическая оснащенность. Одним из
важнейших элементов геологических исследований при поисках и разведке всех типов полезных ископаемых является разведочное бурение. Современная экономическая реальность диктует все более жесткие требования при проведении геолого-разведочных работ – это повышение объемов, снижение затрат и сокращение сроков проводимых работ. До недавнего времени одним из наиболее применяемых методов геологоразведки было колонковое бурение, так называемый отбор проб в виде столбцов керна. Колонковое бурение – это вид быстровращательного бурения, при котором разрушение породы происходит по кольцу, а не по всей площади забоя. Внутренняя часть породы формируется и сохраняется в виде столбика ненарушенной структуры керна. Для этого керн периодически заклинивают для отрыва от забоя и поднимают на поверхность. Основное снижение производительности при процессе колонкового бурения происходит при дополнительных операциях на разборку и сборку бурового става при подъеме керноприемника для отбора проб, которые занимают значительное время.
Сегодня же все большую популярность набирает метод бурения с обратной циркуляцией, или RC-бурение, экономическая эффективность и производительность которого существенно выше, чем колонкового. Дело в том, что залежи полезных ископаемых (рудные, минеральные и т.д.) чаще всего имеют неправильную форму, далекую от любой геометрической фигуры. Размеры залежей по простиранию и падению изменяются от нескольких десятков до сотен метров, отдельные залежи могут простираться до нескольких километров. Запасы одного рудного тела могут составлять от тысячи до миллиона тонн, а иногда превышать и миллиарды тонн, которые при разработке месторождения необходимо анализировать с целью составления правильной оценки экономической эффективности.
Все это и привело к поиску и разработке более эффективного метода отбора проб по сравнению с колонковым (алмазным) бурением. Поиск и разработка нового метода начались с 1970-х годов в Австралии. В 1972 г. для вращательного бурения был разработан метод с обратной циркуляцией, принцип которого заключался в использовании двойных буровых штанг. Данный метод к концу 1980 г. зарекомендовал себя как более производительный и экономически эффективный по сравнению с колонковым бурением.
В 1980 г. RC-бурение позволило Западной Австралии значительно повысить объем добычи полезных ископаемых.
С развитием технологий и стремлением к совершенствованию метода обратной циркуляции для повышения качества
проб в 1990 г. был создан первый пневмоударник для RC-бурения. В этом же году к пневмоударному бурению с
обратной циркуляцией были добавлены компрессоры на высокое давление сжатого воздуха, что привело к еще большей производительности и увеличению скорости проходки. Все это позволило существенно повысить эффективность проведения геологоразведочных работ, и в результате RC-бурение стало одним из наиболее экономичных и точных методов бурения в геологоразведке.
Получение проб методом обратной циркуляции (RCбурение) – это бурение, при котором используется сжатый
воздух для эффективного получения выбуренной породы из скважины по внутренней области применяемого инструмента с целью дальнейшего сбора образцов. При методе с обратной циркуляцией бурение производится сплошным забоем без лишних вспомогательных операций. Метод бурения с обратной циркуляции достигается за
счет того, что в рабочей области бурения применяется поводковый колокол, который стоит после буровой коронки
и образует замкнутую рабочую область. В данной области создается дифференциальное давление, которое преобразуется в аэродинамическую подъемную силу. Эта сила поднимает шлам вверх по внутренним трубкам, находящимся в каждой штанге.
Двойные буровые штанги состоят из наружных и внутренних труб. Использование внутренней трубы позволяет разделить буровую штангу на две замкнутые области (трубопроводные магистрали). Межтрубная область
(между наружной и внутренней трубой) обеспечивает непрерывный поток сжатого воздуха высокого давления от
компрессора к RC пневмоударнику. В процессе бурения измельченная горная порода выносится на поверхность для
сбора образцов по внутренней трубе.
Использование компрессоров на высокое давление позволяет добиться не только высокой производительности RCбурения, но также получить эффект предварительного высушивания непробуренной горной массы в рабочей области перед буровой коронкой. Воздух в рабочей зоне, где создается дифференциальное давление, проникает в трещиноватость, пористость, вытесняя воду. Предварительно высушенная и пробуренная порода моментально поступает от буровой коронки по внутренним трубам вначале к дефлектору, а затем по пробоотборным шлангам к циклону и потом к делителю, где непосредственно производится сбор в пробоотборные мешки. В данной схеме отбора проб нет перекрестного загрязнения от внешней отбуренной среды. Использование качественного оборудования, инструмента и квалифицированных машинистов дает такие результаты по отбору проб, которые конкурируют с точностью колонкового метода. При RC-бурении образцы могут оставаться сухими даже на несколько сотен метров ниже уровня грунтовых вод. Сухие образцы предпочтительнее, так как они более точно расщепляются для последующего анализа. Начальная стадия подготовки пробы для химического анализа при колонковом бурении начинается с измельчения образца (керна) на куски размером приблизительно 10–20 мм. При RC-бурении данная процедура не требуется, что значительно ускоряет процесс получения данных по содержанию полезных ископаемых.
Скорость бурения с обратной циркуляцией соизмерима со скоростью бурения пневмоударниками на высокое давление сжатого воздуха, применяемого в основном для взрывных и технологических скважин, а на больших глубинах может и превосходить ее. Производительность пробуренных метров в день составляет от 150 до 300 м, что во много раз превышает колонковое бурение. Бурение методом обратной циркуляции применяется не
только на открытых месторождениях (карьерах), но и в шахтных условиях. Одной из целей использования
RC-бурения является обеспечение оперативной информацией по содержанию полезных ископаемых на том или ином
объекте. Высокая производительность бурения позволяет оперативно собирать образцы и отправлять их на оценку, что в свою очередь дает четкое представление по распределению границ рудных тел с пустой породой. Сокращение времени на обработку и правильное распределение фронта работ способствуют снижению общих затрат. На данный момент RC-бурение является наиболее производительным и экономичным методом извлечения образцов горной породы. До недавнего времени буровой инструмент для RC-бурения был представлен только зарубежными компаниями. Накопленный в производстве горного оборудования с проведением опытно-экспериментальных работ опыт позволил российской компании АО «Машиностроительный Холдинг», г. Екатеринбург (АО «МХ»), запустить в производство целый ряд бурового инструмента для RC-бурения, с которым можно ознакомиться на сайте компании.