Буровые штанги: классификация и руководство по применению.
I. Классификация по структурной форме
Цельнолитые буровые штанги. Цельнолитые буровые штанги изготавливаются как единое бесшовное изделие, при этом хвостовик и буровой конец интегрированы в конструкцию. К их преимуществам относятся высокая прочность, минимальные потери при передаче и способность выдерживать высокочастотные ударные нагрузки. Они подходят для бурения малых диаметров на небольшой глубине и широко используются в ручных буровых установках и небольших анкерных буровых установках. Типичные области применения включают прокладку шахтных тоннелей и бурение анкерных отверстий в фундаментах зданий. Главный недостаток заключается в том, что при износе или повреждении бурового конца необходимо заменять всю штангу целиком, поэтому эксплуатационные расходы относительно высоки.
Двухсекционные (со сменной головкой) буровые штанги состоят из корпуса штанги и сменной головки бурового долота, соединенных резьбой, конусом или другими съемными соединениями. Их главное преимущество — контролируемая стоимость расходных материалов: изношенные головки буровых долот можно заменять по отдельности, не выбрасывая всю штангу целиком. Такая конструкция особенно подходит для бурения скважин большого диаметра и большой глубины. По типу соединения они подразделяются на:
Резьбовые соединительные тяги: используют стандартизированные резьбовые соединения (например, R32, T38, T45), обеспечивая высокую точность соединения и простоту разборки. Обычно используются со средними и крупными гидравлическими буровыми установками для бурения взрывных скважин в открытых карьерах и туннелях.
Соединительные тяги конической формы: передача нагрузки осуществляется за счет контакта конусообразных поверхностей. Они имеют простую конструкцию и высокую ударопрочность, что делает их пригодными для задач, требующих сильных ударных нагрузок, таких как разработка карьеров и демонтаж бетонных конструкций.
Полые буровые штанги. Полые буровые штанги имеют внутреннее сквозное отверстие для прохождения жидкости и в основном используются для бурения с использованием жидкости. Через штангу может подаваться вода под высоким давлением или сжатый воздух для удаления бурового шлама и охлаждения долота во время бурения, что уменьшает пылеобразование и продлевает срок службы штанги. Полые буровые штанги являются стандартом для крупномасштабного бурения в шахтах и туннелях и обычно используются в паре с тяжелыми буровыми установками или буровыми платформами типа «джамбо».
II. Классификация по материалу и характеристикам
Стержни из легированной инструментальной стали. Изготовленные из легированных инструментальных сталей, таких как хромомолибденовая или кремниймарганцевая сталь, и подвергнутые термообработке (закалке и отпуску), эти стержни обеспечивают хороший баланс прочности и ударной вязкости при относительно низкой стоимости. Они подходят для бурения в породах средней и низкой прочности (например, сланец, песчаник) и широко используются в небольших и средних карьерах и в гражданском строительстве.
Высокопрочные легированные стальные прутки. Изготовленные методом ковки из высокопрочных легированных сталей (например, 42CrMo, 35CrMnSi) и обработанные цементацией, закалкой и другими прецизионными методами термообработки, эти прутки достигают твердости поверхности выше HRC55, сохраняя при этом прочную сердцевину. Они устойчивы к ударам и истиранию от твердых пород, таких как гранит и базальт. Эти прутки являются ключевым расходным материалом на крупных шахтах и в проектах по строительству тоннелей в твердых породах и используются в тяжелых гидравлических буровых установках.
Покрытые износостойкие стержни. Стержни из легированной стали могут быть покрыты износостойкими слоями (например, карбидом вольфрама или нитридом титана) для повышения стойкости к истиранию и коррозии. Покрытые стержни могут увеличить срок службы примерно на 30–50% по сравнению с непокрытыми. Они подходят для сред с высоким износом и высокой коррозионной активностью, таких как прибрежное бурение и шахты с коррозионно-активными минералами.
III. Классификация по совместимому оборудованию
Шахты для ручных буровых установок. Эти штанги относительно короткие (обычно 1–3 м), имеют малый диаметр (22–32 мм) и легкую конструкцию для ручного использования. Хвостовая часть штанги сконструирована таким образом, чтобы подходить к патрону или муфте ручных буровых установок. Типичные области применения включают небольшие туннели, укрепление склонов и другие операции, требующие ручного бурения.
Буровые штанги для бурильных установок и буровых платформ. Разработанные для механических буровых платформ, эти штанги имеют большую длину (3–10 м) и больший диаметр (38–76 мм), изготовлены из высокопрочных материалов с прецизионными соединениями. Они совместимы с гусеничными бурильными установками и гидравлическими буровыми установками и используются для крупномасштабных механизированных работ, таких как бурение взрывных скважин в открытых карьерах и бурение глубоких туннелей.
Шахты для гидравлических отбойных молотков. Также называемые отбойными штангами, они имеют плоскую или заостренную рабочую головку спереди и хвостовую часть, подходящую для гидравлических отбойных молотков. В отличие от буровых штанг, отбойные штанги оптимизированы для ударного разрушения, а не для резки, и требуют очень высокой ударной вязкости и износостойкости. Типичные области применения включают демонтаж бетона, вторичное разрушение руды и гидроразрыв мерзлых грунтов.
IV. Классификация по условиям эксплуатации
Штанги для твердых пород. Предназначены для работы в твердых породах с твердостью по шкале Мооса выше ~6 (например, гранит, базальт). В этих штангах используются высокопрочные легированные стали с износостойкой обработкой поверхности и усиленные соединения штанги с долотом, способные выдерживать высокочастотные удары и высокие нагрузки, а также предотвращать поломку штанги или потерю долота.
Шахты для мягких пород предназначены для бурения в мягких породах, таких как сланцы и известняки. В этих штангах приоритет отдается прочности и эффективному удалению бурового шлама; диаметр полых штанг может быть больше для ускорения вымывания обломков и снижения сопротивления бурению. По сравнению со штангами для твердых пород, штанги для мягких пород дешевле и лучше подходят для крупномасштабного неглубокого бурения.
Штампы для подводной или влажной среды. Изготовленные из коррозионностойких материалов (например, нержавеющей стали) или обработанные гальваническим или полимерным покрытием, эти штампы обеспечивают хорошую гидроизоляцию и антикоррозионные свойства. Они используются для подводных туннелей, дноуглубительных работ на реках и прибрежной добычи полезных ископаемых, помогая предотвратить потерю прочности из-за ржавчины и коррозии.
Данная классификационная система может помочь в выборе типа, материала и конфигурации буровых штанг в соответствии с характеристиками пласта, буровым оборудованием и условиями эксплуатации, тем самым оптимизируя производительность и затраты.
