Установки для проходки восстающих выработок и стволов глубиной до 2000 м

Бенджамин Кюнстле и Александр Фрай, Herrenknecht AG (Германия)

№3 (115) 2014

С момента первого использования в 2010 г. прототипа на ГЭС «Вианден» (Люксембург) установки для проходки восстающих компании Herrenknecht хорошо зарекомендовали себя на различных проектах по всему миру. Они подтвердили свою эффективность при проходке эксплуатационных и вентиляционных стволов на рудниках (по добыче меди, угля и олова), а также в инфраструктурных проектах (напорные шахты для гидроэлектростанций, вентиляционные стволы автомобильных тоннелей). Примеры реализованных проектов представлены в таблице.

Данные проектов, реализованных с применением установок RBR компании Herrenknecht

Установки для проходки восстающих RBR

Принцип работы установок RBR состоит в следующем. Установка монтируется на месте её эксплуатации при помощи гусеничного транспортера или крана. Затем с помощью бурового долота вертикально вниз или под необходимым углом наклона выработки (до 45°) производится бурение пилотной скважины. В процессе бурения наращивается став буровых штанг до тех пор, пока долото не достигнет расположенной ниже выработки. После этого долото демонтируется, а на его место устанавливается расширитель, посредством которого пилотная скважина расширяется до проектного диаметра.

Вращение привода передается по колонне буровых штанг на расширитель, что в сочетании с контактным давлением режущих шарошек отбивает и измельчает породу. Отбитая порода падает вниз и дальше отгружается в средства подземного транспорта.Сравнение габаритных размеров установок RBR

Рис. 1 Сравнение габаритных размеров установок RBR

Модельный ряд. Линейка установок RBR включает 4 модели: RBR300VF, RBR400VF, RBR600VF и RBR900VF (рис. 1), мощностью от 300 до 800 кВт (402–1072 л.с.) и усилием подачи от 458 т до 2243 т, что позволяет охватывать широкий диапазон горно-геологических и горнотехнических условий применения (рис. 2).

Рис. 2 Технические возможности установок различных моделей

Рис. 2 Технические возможности установок различных моделей

Модель RBR900VF – на сегодняшний день самая мощная из всех предлагаемых на рынке установок для проходки восстающих (фото 1). Установка была разработана компанией Herrenknecht совместно с компанией Macmahon (Австрия). Она обладает крутящим моментом 900 кН·м и усилием подачи 2243 т, что позволяет проходить вертикальные и наклонные выработки глубиной до 2000 м и диаметром до 8 м.

Фото 1 Модель RBR900VF — в ходе приёмочных испытаний на заводе в г. Шванау (Германия)

Фото 1 Модель RBR900VF — в ходе приёмочных испытаний на заводе в г. Шванау (Германия)

В дополнение к высокой производительности модель RBR900VF оборудована автоматизированным устройством для подачи буровых штанг, разработанным компанией Herrenknecht. По сравнению с ручной подачей, дистанционно управляемая система гарантирует эффективность работ и существенно повышает безопасность труда персонала во время операций по наращиванию и демонтажу колонны буровых штанг.

Установки RBR отличаются не только высокой производительностью и эксплуатационной безопасностью, но и надежностью, а также длительным сроком службы. Их конструкция обеспечивает возможность быстрого монтажа изношенных частей и гибкой регулировки производительности: все типы буровых установок оснащены мощным и высокопроизводительным электроприводом (при необходимости может быть установлен и гидравлический привод).

Моторная плита установок спроектирована таким образом, что крутящий момент создается с помощью нескольких редукторов с электродвигателями, размещенными вокруг центральной части. Такое решение позволяет продолжить работу даже в случае отказа одного из двигателей. Данная конструкция привода также предусматривает возможность установки дополнительных электродвигателей и увеличение мощности установки. Например, типовая модель RBR600VF может впоследствии оснащаться четвертым дополнительным электродвигателем, что позволит повысить общую мощность привода, увеличивает крутящий момент и расширяет область применения установки.

Эффективность и точность контроля процесса бурения существенным образом уменьшают износ и продлевают срок службы установки и бурового инструмента. Частотно-регулируемый электропривод, давно и успешно применяемый на механизированных тоннелепроходческих комплексах компании Herrenknecht, гарантирует низкое энергопотребление и высокий КПД.

Точное и своевременное регулирование и контроль частоты вращения и крутящего момента позволяют максимально обезопасить установку и буровой инструмент от возможных повреждений при монтаже или в процессе бурения. Кроме того, для увеличения срока службы буровых штанг установки оснащаются инновационной системой защиты резьбовых соединений.

Все буровые установки компании Herrenknecht отличаются компактной, модульной конструкцией, благодаря чему могут транспортироваться грузовым автотранспортом по дорогам общего пользования, а также по морю в типовых морских контейнерах.

Проекты компании Herrenknecht, выполненные с применением установок RBR

ГАЭС «Нан де Дранс» (кантон Вале, Швейцария) Компания Marti Constructions Ltd. использовала две буровые установки RBR600VF для бурения двух вертикальных напорных шахт для новой гидроаккумулирующей электростанции «Нан де Дранс». С августа 2012 г. по ноябрь 2013 г. две установки использовались для бурения двух стволов глубиной 420 м и диаметром 2,4 м по скальным породам прочностью до 150 МПа (фото 2).Фото 2 Установка RBR600VF в эксплуатации в «Нан де Дранс»

Фото 2 Установка RBR600VF в эксплуатации в «Нан де Дранс»

Максимальная суточная проходка составила 62 м при пилотном бурении и 50 м при ее расширении до проектного диаметра 2,4 метра. Расширение второго ствола было успешно завершено всего за девять дней при средней скорости 46 м в сутки.

Для удобства эксплуатации и безопасности персонала установка оснащена полностью автоматической системой установки и демонтажа буровых штанг, которая позволяет управлять процессом полностью дистанционно, не требуя дополнительного участия персонала. Кроме того, помимо удобства эксплуатации система обеспечивает ускорение операций монтажа и демонтажа буровых штанг. Столь высокий уровень оптимизации процессов оказывает положительное влияние на процесс бурения выработок, особенно при выполнении операций по демонтажу всей колонны и повторной ее установке.

С помощью вилочного подъемника, который используется в качестве навесного оборудования на гусеничном транспортере, компания Herrenknecht реализовала еще одно новшество в целях оптимизации процесса бурения. Гусеничный транспортер буровой установки, который обычно не задействован в процессе бурения, сконструирован с возможностью применения его в качестве вилочного погрузчика (фото 3). Такое техническое решение позволяет использовать гусеничный транспортер не только для транспортировки буровой установки к устью будущего ствола, но и для доставки силовых агрегатов и бурового инструмента, задействованного в ходе бурения.Фото 3 Вилочный подъемник, установленный на гусеничный транспортер

Фото 3 Вилочный подъемник, установленный на гусеничный транспортер

Рудник «Уануни» (Боливия)

Для сооружения вентиляционных стволов на руднике «Уануни» в сентябре 2013 г. компания Herrenknecht изготовила и поставила установку RBR400VF (фото 4). На крупнейшем оловянном руднике в Южной Америке, расположенном примерно в 250 км к югу от боливийской столицы Ла-Пас, ежегодно добывается до 10 тыс. т олова. Компания-оператор рудника «Уануни» планирует использовать буровые установки компании Herrenknecht для проходки вентиляционных стволов диаметром от 1,6 до 3 м и глубиной до 700 м. Техническую поддержку клиентов в Боливии осуществляет дочернее предприятие компании Herrenknecht в Сантьяго (Чили), с участием специалистов подразделения горного оборудования, работающих в штаб-квартире в Германии.Фото 4 Установка RBR400VF — на руднике «Уануни» (Боливия)

Фото 4 Установка RBR400VF — на руднике «Уануни» (Боливия)

На высоте 4800 м над уровнем моря хорошо зарекомендовала себя водяная система охлаждения буровой установки. Вне зависимости от высотных отметок места эксплуатации буровой установки, система водяного охлаждения гарантирует её стабильную производительность, в отличие от воздушного охлаждения, эффективность которого уменьшается по мере увеличения высоты над уровнем моря.

Кроме буровой установки компания Herrenknecht также поставила в Боливию полный комплект бурового инструмента, в том числе буровые штанги и расширитель модульной конструкции с дополнительными сегментами, позволяющими проходить стволы различного диаметра.

Это гарантирует возможность использования клиентом идеально подходящих друг к другу компонентов и оборудования, а в случае необходимости на все вопросы, связанные с обслуживанием буровой, готовы ответить сервисные специалисты компании, постоянно находящийся в этом регионе.

Угольная шахта «Ривервью» (штат Кентукки, США)

Компания Frontier-Kemper Constructors, Inc. (США), эксплуатирующая установки для проходки восстающих, заказала у компании Herrenknecht установку RBR600VF для проходки вентиляционного ствола угольной шахты «Ривервью». В ноябре 2013 г. специалисты по бурению за 16 дней пробурили пилотную скважину глубиной 90 м и расширили ее до диаметра в 4,3 м (фото 5).Фото 5 Установка RBR600VF на опорной раме во время проходки вентиляционного ствола угольной шахты «Ривервью» (США)

Фото 5 Установка RBR600VF на опорной раме во время проходки вентиляционного ствола угольной шахты «Ривервью» (США)

Поддержку клиента по работе установки обеспечивала компания Herrenknecht Tunnelling Systems (США), расположенная в городе Самнер, рядом с г. Сиэтл.

В ходе реализации данного проекта применялась система удаленного технического мониторинга и контроля буровой установки с помощью системы Digital Drilling Report (система электронных отчетов). По сетевому соединению система DDR позволяет специалистам компании Frontier-Kemper Constructors дистанционно, в режиме реального времени из офиса на месте бурения или из штаб-квартиры компании следить за процессом и параметрами проходки ствола, а также устранять любые трудности, возникающие в ходе её эксплуатации. Данная система упрощает процесс оценки и повышает надежность анализа данных проходки, который можно использовать для оптимизации будущих проектов. Кроме того, в комплект оборудования был включен блок охлаждения воды внутреннего контура буровой, позволяющий вести бесперебойное бурение при температуре до 40°С без подключения воды от внешних источников.

Кроме того, по требованию клиента, установка RBR600VF оснащена компонентами управления Rockwell Automation (США) и гидравлическими компонентами, отвечающими техническим условиям SAE. Подобная адаптация облегчает клиенту проведение операций по техническому обслуживанию буровой установки и обеспечивает закупку запасных частей на американском рынке.


 

Разработанные компанией Herrenknecht установки для проходки восстающих выработок хорошо зарекомендовали себя в различных проектах по всему миру. В горной отрасли, гидроэнергетике и дорожном строительстве при помощи установок RBR компании Herrenknecht за последние несколько лет были успешно пройдены около 3000 м вертикальных стволов различной глубины, диаметра и назначения.

Модельный ряд установок RBR, предлагаемый компанией Herrenknecht, ориентирован на растущие потребности в проходке глубоких стволов большого диаметра, а также на развитие индивидуальных инновационных технологий. Являясь мировым лидером в области разработки и производства механизированных проходческих технологий, компания Herrenknecht осуществляет постоянную и непрерывную поддержку своих клиентов на проектах любой сложности, используя свой инновационный потенциал и глобальную сервисную сеть.


Концерн Herrenknecht AG (Германия) – признанный мировой лидер в области механизированного шахто- и тоннелепроходческого оборудования. По всему миру работают около 4800 сотрудников компании, и ежегодно проходят обучение более чем 240 стажеров. Всего в группу входят 82 дочерних и смежных компаний. Таким образом, Herrenknecht AG может предложить своим клиентам целый комплекс оборудования и сервисных услуг.

Линейка оборудования компании включает в себя проходческие комплексы для транспортного и коммунального тоннелестроения, оборудование для глубокого вертикального бурения и комплексы для проходки всех видов капитальных и вспомогательных горных выработок. Под эгидой Herrenknecht сформирована группа специалистов, способная разрабатывать интегрированные решения для проектов любой сложности.

Компания Herrenknecht AG также поставляет большой спектр периферийного оборудования: конвейерные транспортеры, вагонеточный транспорт, сепарационные установки, навигационные системы, а также оборудование для изготовления тюбинговой обделки. Наряду с этим, Herrenknecht AG оказывает услуги в сфере инжиниринга, проектирования и сопровождения проектов, а также направляет в помощь клиентам своих специалистов и консультантов.

www.herrenknecht.com

Ключевые слова: проходка восстающих, выработка, ствол, глубокий

Журнал "Горная Промышленность"