Новая система бурового инструмента Sandvik Alpha 330

Компания SANDVIK производит буровой инструмент с 1872 года, и многие буровые долота, коронки и штанги, являющиеся в настоящее время стандартными, разработаны и внедрены именно нашей компанией. Бурное развитие горнодобывающей промышленности и колоссальное увеличение объемов буровых работ в этот период способствовали созданию все более совершенного и мощного бурового оборудования, эффективность работы которого определяется, в первую очередь, использованием высокопрочной и высокопроизводительной системы бурового инструмента. Отвечая новым запросам промышленности и учитывая постоянно возрастающую энергию удара буровых машин, компания неоднократно должна была продумывать и претворять в жизнь новые технические концепции бурового промышленного инструмента. В настоящее время SANDVIK готов добавить еще одну веху на пути развития бурового инструмента Sandvik Alpha 330.

Система бурового инструмента Sandvik Alpha 330

Что привело нас к разработке новой системы бурового инструмента

В последние годы создано новое поколение гидравлических буровых установок для проходки горных выработок и очистной выемки, характеризующихся значительным возрастанием их мощности (с 15 до 20 кВт). Это потребовало создания более стойкого и жесткого бурового инструмента, т.к. являющаяся в настоящее время мировым стандартом система бурового инструмента с резьбой R32 не обеспечивала эффективную работу перфораторов с увеличенной мощностью. Буровые штанги под резьбу R32 в некоторых ситуациях бурения мощными перфораторами не выносят жестких напряжений при изгибе, которые могут вызвать раннюю поломку штанги в области резьбы из-за усталости и коррозии металла. При этом, при использовании мощных перфораторов утонченная часть штанги в месте ее соединения с коронкой может также повлиять на точность забуривания шпура. Поэтому для работы с мощными перфораторами были специально разработаны более прочные и жесткие штанги с резьбой R35. Однако эта система бурового инструмента не вызвала большого энтузиазма у производственников, т.к. при резьбе R35 диаметр используемых коронок составляет не менее 48 мм (вместо применяемого на многих шахтах и рудниках диаметра 45 мм под резьбу R32), что приводит к увеличению расхода взрывчатых веществ.

Такой подход вполне обоснован, чтобы отнестись к нему с должным вниманием и запустить проект раз-

работки нового поколения буровых штанг для коронок диаметром 45 мм. При этом, мы быстро убедились, что применяя стандартные решения достигнуть приемлемых результатов было невозможно. Необходимо было найти новые подходы в разработке инструмента, поскольку приходилось иметь дело с высокой энергией удара (до 20 кВт) обновленных перфораторов. После периода интенсивных исследований, разработки и испытаний мы с гордостью представляем Sandvik Alpha 330 новое концептуальное поколение бурового инструмента для применения при проходке туннелей и очистной выемки.

Андерс Брунгс, менеджер программы НИИОКР говорит: «Я люблю подчеркивать, что Sandvik Alpha 330результат работы группы специалистов. В своей работе мы опирались на информацию работников нашей собственной компании, которые непосредственно контактируют с производством и не только хорошо знают запросы клиентов, но и знакомы со слабыми сторонами нынешней технологии бурения. Неудовлетворенность клиентов была конструктивно воспринята нашими коллегами и, в большинстве случаев, их решения включали предложения по преодоле-

Возможные поломки буровой штанги при использовании мощных перфораторов

нию нынешних недостатков технологии. Мы также базировались на ценной информации о требованиях клиентов и действиях в этом направлении наших конкурентов. Все перечисленное убедило нас в необходимости еще раз в ходе НИОКР объективно оценить конструкцию и дизайн наших буровых штанг.

Мы выделили три основных вида нагрузок: напряжения при изгибе, коррозию и слабость соединения коронки и штанги. При этом в качестве ограничения мы приняли то, что наши клиенты не хотят бурить шпуры диаметром больше чем 45 мм, несмотря на то, что за последние годы мощность перфораторов возросла на 50%. Эта инертность объясняет, почему инструмент с резьбой R35 не имел большого успеха. В тоже время было очевидно, что мы не можем далее эксплуатировать концепцию дизайна резьбы R32 из-за достигнутого ею предела. Следовательно, мы должны были опять начать с чистого листа на чертежной доске».

Особенности системы бурового инструмента Sandvik Alpha 330

В процессе разработки системы Sandvik Alpha 330 были рассмотрены штанги различных конструкций. Анализ «электронных снимков» показал, что использование более короткой резьбы позволяет понизить уровень возникающих напряжений и сделать штангу более стойкой к ним. При этом более короткая резьба может быть полностью прикрыта юбкой буровой коронки, исключая тем самым эффект возникающего при бурении вруба излома. Это уменьшает риск коррозионной усталости металла.

Как известно, критическим моментом в буровом цикле является забуривание. В большинстве случаев поверхность забоя неровная, что вызывает очень высокие напряжения изгиба бурового инструмента. Более короткая резьба смещает критическую область штанги ближе к ее концу и уменьшает за счет этого силу напряжений при изгибе в области резьбы.

«Электронный снимок» буровой штанги с коронкой

Резьба, используемая в системе Sandvik Alpha 330, принята R-типа диаметром 33 мм и намного короче по сравнению со стандартной резьбой, что позволяет регулировать нагрузку в области контакта юбки коронки и штанги.

Диаметр в 33 мм принят по следующим соображениям: во-первых, этот вариант резьбы является более стойким по сравнению со стандартной резьбой на 32 мм и, во-вторых, выбирая «нечетную» величину диаметра мы надеемся избежать неумышленного смешивания Alpha 330 со стандартным буровым инструментом, например, подобным R32. Сандвик Тамрок обладает патентом на этот вид резьбы и ожидает от ее внедрения успеха.

Промышленные испытания

Выполнено большое количество эксплуатационных испытаний новой системы бурового инструмента Sandvik Alpha 330 в различных горно-геологических условиях, которые показали значительные преимущества нового инструмента по сравнению с традиционным. Так, использование буровых штанг Alpha 330 позволило при проходке выработок и бурении под крепление на руднике «Серебряный Лебедь» (Австралия) в сравнении со штангами R32 увеличить ресурс штанг на 65%, на руднике AgnicQ


Величина изгибающего момента при различных системах бурового инструмента

(Канада) при проходке выработок ресурс штанг был увеличен на 80% , а на руднике Roxby Downs (Австралия) при сравнении Alpha 330 с R35 и R32 при проходке выработок и бурении под крепление в жестких условиях ресурс штанг был увеличен на 22%.

В процессе испытаний было установлено, что Alpha 330 предназначена для применения с мощными перфораторами и она более эффективно передает энергию, чем инструмент со стандартной резьбой R32. Новые штанги с короткой резьбой более прочны, и это позволяет им лучше сопротивляться напряжениям изгиба. Отсутствие ослабленной зоны в месте соединения штанги и буровой коронки обеспечивает очень хорошие характеристики забуривания и минимальное отклонение шпуров при бурении. Многие операторы буровых кареток, которые проверили Alpha 330, также отметили легкое разъединение коронок и штанг. Замена буровых коронок, благодаря короткой резьбе, стала простой и быстрой.

Результаты эксплуатационных испытаний Alpha 330 выявили целый ряд преимуществ этого инструмента:

- больший ресурс буровых штанг;

- лучшая передача энергии и, как результат, более эффективное бурение;

- более точное забуривание;

- быстрая и простая замена буровых коронок;

- бурение более ровных шпуров. Подводя итог всех преимуществ,

необходимо отметить, что система бурового инструмента Sandvik Alpha 330 обеспечивает большую проходку шпуров при меньших затратах.

Мы сделали это снова!

Когда стандартные подходы не отвечают требованиям рынка, мы смело идем по новому пути. Alpha 330 еще одна ступенька, где SANDVIK первый. Пробы и испытания показали огромный потенциал этой новой системы инструмента. Теперь она для всех, кто хочет разделить этот исторический успех.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2005