Коротко о технологии шахтных стволов

Авторы: Kyran Casteel, Steve Fiscor

Автор перевода: Ходонович А.Ю.

Источник: Мир горных специалистов [элетронный ресурс]. – Режим доступа: www.womp-int.com

Доклад Европейского редактора Kyran Casteel о прогрессе сооружения ствола № 2, в Anglo Platinum’s Paardekraal, пройденном на глубину 4000 футов в Южной Африке, и Шеф-Редактор Steve Fiscor, представляет компанию "Southeast U.S.", которая специализируется на бурении слепых стволов

Сооружение ствола PK2 (Anglo Platinum’s Paardekraal No. 2), компанией Рустенбург в Южной Африке, началась с проходки первого из двух или трех новых вертикальных стволов. Этот проект является частью общей стратегии компании Рустенбург по добычи платины. Компания Рустенбург заявляет что, в краткосрочном периоде, горнодобывающее направление основывается на уменьшении серий фаз сооружения стволов, для углубления уже существующих. В промежуток времнеи с 2014 по 2020 год, разработка будет осуществляться с помощью двух или трех новых промежуточных вертикальных стволов.

Проект ствола разработан для восстановления рифа "Merensky", который выходит около "Paardekraal", добыча с рабочего горизонта этой рудной жилы имеет более высокую удельную стоимость. Это должно обеспечить высокий уровень рентабельности. Горизонт UG2 может быть использован для восстановления рифа "Merensky".

Проект ствола PK2, который является крупнейшим в области за более чем 10 лет, по оценкам экспертов, может обойтись в 2,5 млрд. евро. Он включает в себя ствол 8,7 м в диаметре, для спуска материалов и людей, и ствол диаметром 6,5 м для вентиляции. Кроме того, проект является продолжением ствола PK1, глубина которого около 4, 5км. Основной ствол будет оснащен стальной подъемной установкой для осуществления подъема с 28, 32 и 33 уровней. Планируемая глубина ствола составит около 1200м ниже уровня поверхности.

Разработка проекта

Anglo Technical Division (ATD) в Южной Африке имеет богатый опыт в области проектирования, управления проектами, тестирование и ввод в эксплуатацию шахты, но с менее глубокими вертикальными стволами. Отдел участвовал в принятии нескольких концептуальных решений в ранней стадии проектирования PK2. Это необходимые компромиссы в технологии проходки ствола, оценка главной концепции механизма сооружения, заявляет Хендрик Остхейзен (ATD).

Еще один вклад ATD на ранних этапах проекта связан с отделом качества, который помог в определении и завершении процедуры контроля качества для скорейшего внедрения согласованной системы управления качеством для всего проекта. Эта система оказалась не только необходимой, по случаю, но и внесла неоценимый вклад в успех проекта.

Для того, чтобы в равной мере получить выгоду из Южной Африке, в начальный период сооружения, были наняты высококвалифицированные подрядчики. Во время тендера были выбрвны Мюррей и Робертс (M&R Cementation), чей вклад значительно помог в ранних стадиях процесса проектирования.

Главный механизм сооружения

Главный компромисс исследования заключается в конструкции балки коробчатого сечения, аналогичной тем, с чем ATD уже имеет накопленный опыт в проекте Black Mountain Deep. Такой как конструкция главных механизмов, изготовление и обслуживание на месте фаз возведения, ATD было разрешено продолжить детальное проектирование технико-экономического обоснования. Ранний старт и постоянное уменьшение времени для использования стволов позволили завершить сооружение главных механизмов в результате существенных расходов и экономии времени. Это должно также привести к быстрому переходу от проходки ствола до его оснащения.

Хотя горячее гальванирование, а не покраска, как представляется, является более экономически эффективным способом защиты главных механизмов, Anglo Platinum установлено, что процесс гальванирования должен первым быть проверен на самой сложной части главных механизмов. Программа испытанийгорячего гальванирования была запланирована сотрудников из ATD, ассоциацией "Hot Dip Galvanizing" и гальванической компанией. Хотя образец был защищен гальванированием, он все равно был искажено процессами до неприемлемой степени. Принимая во внимание время и другие ограничения, было принято решение покрасить секции балки коробчатого сечения, хотя все другие работы были направлены на горячее гальванирование. ATD ожидает, что контроль за методами производства секций балки коробчатого сечения, а также регулирование охлаждения и обработки секций позволит успешно использовать этот процесс в будущем.

Еще одна проблема установки механизмов для команды дизайнеров стала в необходимости установки сложной угловой основы. Испытания показали, что соответствующие основы пластин для ножек главных механизмов идеально подходят для установки, это было ключом к успеху. После консультаций с проектом топографов и обзор вариантов, но только одна мысль имела наибольшие шансы на успех - блок для вставки анкерных болтов который стал известен как "ракетная установка" - был выполнен. Не смотря на шутки в офисе, он работал отлично.

Инновации

Команда проекта искали других инновационных технологий, чтобы повысить ценность. Одним из них является замена традиционного стального листа затвора приемника расстрела, которые монтируются в бетонную крепь ствола, на легкие материалы: ручное манипулирование тяжелыми конструкциями в условиях шахты создает многочисленные опасности травмирования персонала. Испытания проводились в помещении Мюррей и Робертс с целью определения технической осуществимости и целесообразности строительства различных марок полистирола и строительство уголков и эта идея была успешно реализована.

Вторым новшеством был редизайн обычных кольц для воды. Они используется для отвода воды из шахты в баррелях, это кольцо трудно чистить и обслуживать. Новый дизайн использует спираль заклинание в подкладке которые самоочищают кольца для воды. Время покажет, насколько это эффективно.

Другой сложной задачей для ATD, проектных групп Мюррей и Робертс был дизайн электрогидравлической (ЭД) буровой установки для стволов. Несмотря на неопределенность и сложность элементов, связанных с использованием, доказавшие часть оборудования, потенциальные выгоды были признаны достаточными, чтобы оправдать риск. Использование сверла EH, как ожидается, улучшит добычной цикл и сократить число рабочих в забое. Окончательный проект оказался достаточно перспективным, что команда проекта предполагает, что это должно быть будущим стволов в Южной Африке и, возможно, в других местах.

SDI видит светлое будущее в бизнесе для своих пробуренных слепых стволов

Одним из наиболее известных методов сооружения стволов, слепых стволов, использование технологии обратной циркуляции. В горных районах на юго-востоке Соединенных Штатов, Shaft Drillers International (SDI) лидирует в использовании слепой проходки ствола, а в течение последних 25 лет, компания накопила значительный опыт. В 2006 году Скотт Кигер и Чарли Риггс, выходцев из западных бассейнов Пенсильвании, приобрели SDI через свои геотехнические фирмы, "Coastal Drilling East". В это время SDI была холдинговой компании для "North American Drillers" и "Zeni Drilling". Сегодня, SDI является холдинговой компанией для "North American Drillers", "Zeni Drilling" и Coastal Drilling East.

В результате этого приобретения SDI получила доступ к группе инженеров, благодаря инженерно-геологической и совместной работе им удалось повысить эффективность услуг, которые SDI может предоставить. Так, например, инженерно-геологическое отделение "Coastal Drilling East" выполняет предварительную цементацию для сооружения ствола и они также могут подключать отдел, который становится все более важным для шахтеров в забое.

SDI считает себя геотехнических строительная компания - единственной, которая находится в уникальных условиях, чтобы сооружать как большого, так и малого диаметра стволов. Они регулярно осваивают скважины, как большой, так и 20 футов в диаметре, они приближаются к глубине в 2000 футов. Благодаря своему опыту работы в бассейнах, компания также имеет глубокое понимание новых нормативных требований, для подземных операторов в забое.

Техника бурения слепого ствола

Бурение слепых шахтных стволов дает определенные преимущества по сравнению с традиционными методами сооружения стволов. Это процесс высокоавтоматизирован. Используя только три-четыре инженера, все работы выполняются на поверхности. В процессе проходки в забое нет рабочих. Кроме того, SDI, не должны иметь доступ к головкам, под землей. В зависимости от горно-геологических условий, процесс бурения обычно гораздо быстрее, чем проходка стволов обычной технологией.

SDI применяла возможности бурения стволов большого диаметра в угольных бассейнах Аппалачей и усовершенствовала свои методы с течением времени. Теоретически технология не имеет ограничений по глубине. «Что касается развития шахтного бизнеса и данного метода, SDI успешно завершал эти проекты в США с 1980 года», сказал Тим Брунер, менеджер-проектировщик SDI. «Мы добираемся с помощью бурения до угля, двигаясь вниз через девственные пласты угля, а также установку лайнера. Когда шахтеры спускаются в ствол, у них уже есть вентиляция в которой они нуждаются».

Буровая установка состоит из круглого ротора подключенного к долоту (режущий инструмент) тяжелой двойной стенкой стержня или колонны бурильных труб. Ротор обеспечивает крутящий момент или поворот долота. Чтобы создать поток вверх, ствол заполняют водой, которая поддерживается на постоянном уровне в течение всего сооружения ствала. Водой наполняют оба ствола независимых друг от друга. Сжатый воздух закачивается в толщу воды перемещая по бурильной колонне жидкости этим создавая намного легче колонке. Чем тяжелее водяной столба внутри ствола толкает вниз и через разработка забоя (внизу ствола). Вода затем пропускается через небольшое отверстие называется очистное на расширительный орган, который вытесняет осветленную воду из бурильной колонны. Водоизмещени осветленной жидкости из бурильной колонны происходит в восходящем потоке или за счет обратной циркуляции. Объем жидкости, перемещенных внутри става, как правило, от 2000 до 3000 л/мин, создает огромный вакуум в очистном отверстии, который буквально засасывает шлам из забоя.

Скорость сооружения ствола зависят от диаметра и горно-геологических условий. Для стволов диаметром от 8 до 10,5 м, их подавляющее большинство из тех, что делает SDI, они могут пройти от 500 до 800 м ствола от четырех до шести месяцев. Для 12-15 м диаметром ствола, скорость сооружения будет составлять от 5 до 7 месяцев.

Брунер сказал, что он видит в последнее время изменения в бизнесе, в основном из-за нормативных требований, предъявляемых к угольной промышленности сейчас. «Мы видели какие затраты связаны с большим диаметром ствола из-за необходимости в дополнительной вентиляции забоя» говорит Брунер. «Мы также завершили несколько проектов среднего диаметра, которые требуются в рамках чрезвычайного плана компании ответных мер».

Увеличение диаметра бурения

SDI заинтересована в расширении своих возможностей контролировать издержки, повысить эффективность и сократить сроки строительства для своих клиентов. «Мы всегда ищем пути идти глубже и глубже», говорит Брунер. «Наши возможности повышения диаметра предлагают несколько вариантов для удовлетворения требований производства».

Увеличение диаметра ствола развития требует обеспечения доступа к нижней части ствола для того, чтобы подключить расширитель головки к штанге, а также для удаления шлама. SDI разрабатывает стволы с использованием технологии увеличения диаметра, которая производится более быстрыми темпами вперед и требует меньшего числа проходчиков.

«Мы предоставляем поверхностные и подземные установки с повышением диаметра ствола», говорит Брунер. «Разрушение окружающих пород сведено к минимуму и мы можем ограничить прерывания трафика и услуг».

Геотехнологии

С упомянутым ранее приобретением, SDI реализовала взаимодействия в стабилизации технологии грунта и другие возможности, такие как хороший тампонаж. Coastal Drilling East была начата в строительной фирме. В рамках своей ассоциации с SDI, однако, она обнаружила новые возможности в сфере горнодобывающей промышленности.

«Геотехнических отделение Coastal Drilling East является специальности инженерно-геологических строительной компании, а значит мы имеем дело со всеми видами наземного сооружения, таких как предварительное тампонирование ствола, вода не просачивается в ствол и т.д.» сказал Дин Диберт менеджер – геотехнических проектов строительства, SDI. «В стадии разработки, мы попадаем все виды земляных работ удержания, важным моментом системы, основой работы для дробилок и конвейерных систем. В трудных земляных условиях, мы предлагаем решения, которые помогут улучшить землю за счет поддержки основы».