Гірничі виробки — кар’єри і шахти — пред’являють до бурового обладнання і персоналу вимоги, яких немає при звичайному промисловому бурінні. Порода там не просто тверда: вона нестабільна після вибухів, обводнена підземними водами, а доступ до точки буріння обмежений. Помилка у виборі технології або конструкції свердловини означає або зупинку виробничого процесу, або аварію.
Ця стаття про те, які завдання вирішує буріння у гірничих виробках, які технології застосовуються, і що необхідно врахувати ще до початку робіт.
Для чого бурять у кар’єрах і шахтах
Буріння у гірничих виробках вирішує кілька різних задач, і технологія для кожної з них своя.
Підривні свердловини. Найпоширеніша задача у відкритих кар’єрах: свердловини бурять під закладку вибухових речовин для відбійки породи. Діаметр зазвичай 90–320 мм, глибина — від 5 до 30 м залежно від висоти уступу. Тут критично важлива точність розташування і нахилу свердловини: відхилення від проекту веде до нерівномірного дроблення і перевитрати ВР.
Дренажні свердловини. У кар’єрах і шахтах підземні води — постійна проблема. Дренажні свердловини знижують рівень ґрунтових вод у борту кар’єру або навколо гірничних виробок, запобігаючи зсувам, заводненню вибою і відмові насосів. Це один із найтехнологічніших видів буріння в гірничій промисловості.
Вентиляційні свердловини. Шахти потребують примусової вентиляції: свіже повітря подається через вертикальні або похилі свердловини, а забруднене виводиться назовні. Діаметри тут значні — від 600 мм до кількох метрів, що вимагає спеціального бурового обладнання.
Свердловини для кріплення порід. Анкерне кріплення покрівлі і бортів виробки — це короткі свердловини (1–6 м) невеликого діаметра (28–45 мм), куди встановлюють анкерні болти. Без них порода обвалюється у виробках.
Геологорозвідувальні свердловини. Перед початком видобутку і в процесі розробки родовища постійно бурять розвідувальні свердловини для уточнення геологічного розрізу, визначення меж рудного тіла і оцінки запасів.
Основні технології буріння
Пневмоударне буріння (DTH)
Основний метод для свердловин у твердих скельних породах гранітних, базальтових, залізорудних кар’єрів. Пневмоударник (down-the-hole hammer) розташований безпосередньо над буровою коронкою і руйнує породу ударами, а шлам виноситься стисненим повітрям від компресора. Переваги: висока швидкість проходки у скелі, чистий вибій, мінімальний відхил від вертикалі. Саме цей метод переважає при підривному бурінні в кар’єрах. Детальніше про особливості роботи в скельних породах: буріння по граніту.
Шарошкове буріння
Шарошковий долот руйнує породу роздавлюванням і сколюванням. Метод ефективний у породах середньої твердості — вапняках, крейді, мергелях, доломітах. Широко використовується в кар’єрах нерудних матеріалів і при розробці осадових порід. Для видалення шламу — промивання розчином або продувка повітрям.
Ударно-канатне буріння
Застосовується рідше і лише для певних задач: буріння у нестійких, сипких породах з великими валунами, де обертальні методи неефективні. Повільно, але надійно — вибій ізолюється обсадними трубами по мірі проходки.
Буріння з промиванням буровим розчином
При проходці у складному геологічному розрізі зі змінними породами, плавунами і обводненими зонами промивний розчин стабілізує стінки свердловини і виносить шлам. У шахтах і глибоких свердловинах цей метод незамінний при наявності нестійких шарів між твердими горизонтами.
| Технологія | Оптимальні породи | Основне застосування | Обмеження |
|---|---|---|---|
| Пневмоударне (DTH) | Скельні, тверді | Підривні свердловини в кар’єрах | Неефективне у сильно обводнених зонах |
| Шарошкове | Середньої твердості | Нерудні кар’єри, вапняки | Знос долот у дуже твердих породах |
| Ударно-канатне | Нестійкі, сипкі з валунами | Складний розріз, пошукові роботи | Низька швидкість |
| З промивним розчином | Змінний розріз, плавуни | Шахтне буріння, дренажні СВ | Потреба в розчині і очисному обладнанні |
Для шахт підземний дренаж реалізується через мережу горизонтальних і нахилених свердловин з виходом у дренажні штреки або зумпфи. Вода збирається і відкачується на поверхню штатними насосними станціями. Проєктування такої системи потребує гідрогеологічного дослідження ділянки і моделювання дренажного ефекту.
Для шахт підземний дренаж реалізується через мережу горизонтальних і нахилених свердловин з виходом у дренажні штреки або зумпфи. Вода збирається і відкачується на поверхню штатними насосними станціями. Проєктування такої системи потребує гідрогеологічного дослідження ділянки і моделювання дренажного ефекту.
Підготовка до буріння: що треба знати заздалегідь
Буріння в гірничій виробці ніколи не починається без підготовчого циклу. Він коротший або довший залежно від задачі, але пропустити жодного кроку не можна.
Геологічна документація. Маршрутний геологічний журнал, карта ізогіпс і гідрогеологічний розріз — мінімум для розуміння умов буріння. Для дренажних і вентиляційних свердловин ще потрібна гідродинамічна модель ділянки.
Проектна документація. Конструкція свердловини, схема обсадження, спосіб ізоляції водоносних горизонтів, тип промивки — все це має бути зафіксовано в проєкті до початку робіт. Відступ від проєкту в умовах шахти або кар’єру ризикований і потребує погодження з технічним керівником.
Підготовка майданчика. Стабільна горизонтальна площадка для верстата, підведення стисненого повітря або водопостачання для промивки, організація відведення шламу. У підземних умовах ще й забезпечення вентиляції робочої зони на час буріння.
Підбір обладнання. Верстат обирають за породою, глибиною і діаметром свердловини. Важливо також враховувати габарити в підземних виробках. Інженерно-геологічні дані ділянки визначають, чи буде достатньо пневмоударного методу, чи потрібен буровий розчин.
Від чого залежить вартість буріння в кар’єрах і шахтах
Порівнювати вартість гірничого буріння з водозабірним неправильно: задачі, умови і технологія принципово різні. Але від чого залежить ціна в самому гірничому бурінні — зрозуміти можна. Тип задачі: підривне буріння на кар’єрі з наземним верстатом дешевше, ніж дренажні горизонтальні свердловини значної довжини або вентиляційні шахти великого діаметра. Порода: граніт і залізиста кварцитова порода дорожчі в проходці, ніж вапняк або крейда. Глибина і діаметр: понад 50 м або понад 150–200 мм потребують спеціалізованого обладнання. Умови доступу: вузький штрек без можливості розвернути верстат збільшує витрати. Режим роботи: буріння в нічний час або з обмеженими вікнами збільшує витрати на персонал.
FAQ
Яке буріння застосовують у відкритих кар’єрах для підривних робіт?
Переважно пневмоударне (DTH) у твердих скельних породах і шарошкове в породах середньої твердості. Діаметр — 90–320 мм, глибина — до 30–35 м залежно від висоти уступу і схеми підривання.
Чим відрізняється дренажна свердловина в кар’єрі від водозабірної?
Метою. Водозабірна призначена для видобутку підземних вод на господарські потреби. Дренажна — для зниження рівня у борту кар’єру, щоб запобігти зсувам і заводненню вибою. Дренажна часто горизонтальна або похила.
Чому не можна просто використати звичайний верстат у шахті?
Через обмежений простір і умови безпеки. Підземний верстат має компактні габарити, захищений від іскроутворення у вибухонебезпечних шахтах і оснащений системами для роботи без природного освітлення і вентиляції.
Що таке анкерне кріплення і навіщо бурять свердловини для нього?
Анкер — металевий стержень або трубка, яка встановлюється у свердловину в породі покрівлі або борту виробки і фіксується цементним розчином або механічним розклиненням. Анкерне кріплення утримує породу від обвалення і є основним методом підтримки виробок у сучасних шахтах.
Як підземні води впливають на буріння в кар’єрах?
Трьома способами: заповнюють свердловину і ускладнюють видалення шламу, знижують стійкість борту через підвищення тиску в порових водах, і можуть фонтанувати при розкритті напірного горизонту. Тому конструкція свердловини проєктується з урахуванням гідрогеологічних умов ще до початку буріння.
Яка документація потрібна перед бурінням у шахті?
Мінімальний пакет: наряд-допуск, технологічна карта буріння, погоджений з технічним керівником проект або схема свердловини, а також гірничо-геологічна інформаційна картка ділянки. Для дренажних систем додатково потрібний гідрогеологічний висновок.
Чи можна виконати буріння в кар’єрі без зупинки видобутку?
Залежить від задачі і схеми. Підривне буріння виконується в рамках технологічного циклу між вибухами. Дренажні свердловини можна бурити паралельно з видобутком на інших уступах. Вентиляційні стволи і деякі геологорозвідувальні роботи потребують вікна без взривних робіт у суміжних зонах.
Висновок
Буріння в кар’єрах і шахтах — це не самостійна задача, а частина складного гірничого процесу. Технологія, конструкція свердловини і порядок робіт визначаються конкретними умовами: типом породи, наявністю підземних вод, габаритами виробки і задачею, яку потрібно вирішити. Підривне буріння, дренаж, анкерне кріплення, вентиляція — кожен із цих напрямів має власну логіку і власні вимоги. У гірничих умовах помилки дорогі — неправильно обрана технологія або конструкція зупиняє виробничий цикл або створює аварійну ситуацію. Тому підготовка і проектування тут важливіші, ніж швидкість старту.
Рішення від Center Engineering Company
Center Engineering Company виконує промислове буріння свердловин для об’єктів гірничодобувної і видобувної промисловості, включаючи роботу в складних геологічних умовах. Компанія проводить попередню оцінку геологічного розрізу і гідрогеологічної обстановки, підбирає технологію відповідно до умов майданчика і виконує повний цикл робіт: від проекту до здачі свердловини в експлуатацію.
Суміжні напрями: інженерно-геологічні вишукування, буріння під фундамент, геологія для будівництва. Про компанію: про Center Engineering Company.
Маєте гірничий об’єкт або кар’єр і потребуєте консультації щодо буріння? Зв’яжіться з нами — визначимо оптимальну технологію і склад робіт для ваших умов.
Джерела та нормативні документи
- Гірничий закон України від 06.10.1999 № 1127-XIV
- НПАОП 10.0-1.01-10 «Правила безпеки у вугільних шахтах»
- НПАОП 0.00-1.24-10 «Правила безпеки під час поводження з вибуховими матеріалами промислового призначення»
- ДСТУ Б В.2.1-10:2018 «Основи та фундаменти споруд»
