Для удаления измельченной породы (буровой мелочи) из скважины в процессе бурения применяют несколько основных технологий: продувку сжатым воздухом, механический вынос шнеками, комбинированную шнекопневматическую очистку, а также промывку и отсасывание. Выбор метода зависит от способа бурения, типа породы и условий работы.
Продувка скважин сжатым воздухом
Этот метод является основным при шарошечном и пневмоударном бурении. Технологический процесс организован следующим образом: сжатый воздух от компрессора под давлением 0,6–0,7 МПа поступает во внутренний канал буровой штанги, достигает забоя скважины и затем, двигаясь вверх по кольцевому зазору между штангой и стенками скважины со скоростью 20–35 м/с, выносит частицы породы на поверхность. Критически важно поддерживать давление в скважине выше 0,25–0,4 МПа, чтобы предотвратить проникновение грунтовых вод. Вынос породы происходит благодаря тому, что подъемная сила восходящего воздушного потока превышает силу тяжести частиц. Минимальная скорость воздуха, при которой частица удерживается во взвешенном состоянии, называется скоростью витания.
Механическая и комбинированная очистка
Шнековая очистка используется преимущественно в вертикальных скважинах, где транспортировка породы осуществляется за счет вращения винтового конвейера (шнека).
Шнекопневматическая очистка — это более эффективная комбинированная технология, применяемая на станках шнекового бурения. Она требует дополнительного оборудования: компрессора, устройства для подачи сжатого воздуха к вращающемуся буровому ставу и специальных шнековых штанг. Этот метод обеспечивает полную очистку забоя даже при сниженной частоте вращения, что повышает общую скорость и производительность бурения, а также значительно увеличивает ресурс режущего инструмента и самих штанг.
Системы пылеподавления и пылеулавливания
Для борьбы с пылеобразованием и улавливания твердых частиц используются две принципиально разные системы: мокрого и сухого типа.
Мокрое пылеподавление
Данная система основана на впрыскивании воды или мыльной эмульсии под давлением в трубопровод, подающий сжатый воздух к забою. Форсунки создают воздушно-водяную смесь, которая, поднимаясь по скважине, увлекает за собой частицы породы и выносит их на поверхность в виде влажного шлама. Далее этот шлам отводится в сторону от устья скважины потоком воздуха от специального вентилятора. Хотя этот метод улучшает охлаждение долота и очистку воздуха (часто используется на шарошечных станках СБШ по требованию), он имеет существенные недостатки: большой расход воды, необходимость ее подогрева зимой и непригодность увлажненной буровой мелочи для последующей забойки скважин.
Сухое пылеулавливание
Эта система является более распространенной и применяется на всех станках пневмоударного бурения и большинстве шарошечных. Принцип ее работы заключается в многоступенчатой фильтрации воздуха, выходящего из скважины вместе с продуктами бурения.
Типичная установка сухого пылеулавливания (см. рисунок) включает в себя несколько последовательных этапов очистки:
- Пылеприемник: Крупные фракции породы осаждаются сразу под открытым приемным устройством, закрепленным на раме станка.
- Парный циклон: Воздушный поток поступает в циклон, где под действием центробежных сил отделяются более мелкие, но еще достаточно крупные частицы. Они собираются в бункере.
- Тканевые рукавные фильтры: Окончательная тонкая очистка происходит в фильтрах из специальной ткани, которые задерживают мельчайшую пыль.
Очищенный воздух затем отсасывается вентилятором и выбрасывается в атмосферу. Для поддержания эффективности фильтров предусмотрен механизм встряхивания рукавов, состоящий из электродвигателя, редуктора и кулачкового механизма, воздействующего на раму фильтров. Пыль, стряхиваемая с рукавов, собирается в накопительных бункерах. Управление процессом встряхивания, как правило, дистанционное — осуществляется машинистом из кабины.