Алмазное бурение высверливанием скважин в толще горных пород с помощью буровых коронок

Специфика добычи алмазосодержащих руд. Применение алмазных резцов и сверл на обработке цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла. Требования к форме и диаметру поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Алмазное бурение высверливанием скважин в толще горных пород с помощью буровых коронок



Бурение скважин в толщах горных пород, слагающих земную кору, в широких масштабах применяется при поиске и разведке месторождений полезных ископаемых, а также при эксплуатации нефтяных и газовых залежей. Не обойтись без бурения и при выполнении всевозможных взрывных и инженерно-геологических работ, предшествующих возведению крупных зданий, плотин и многих других объектов.

В техническом отношении наиболее совершенным является вращательное алмазное бурение, которое осуществляется высверливанием скважин в толще горных пород с помощью буровых коронок, армированных алмазами. Коронки, армированные алмазами, повышают скорость бурения в 8-15 раз по сравнению с бурением, основанным на применении твердосплавных или дробовых коронок.

Наилучшими алмазами для бурения считаются тонкозернистые плотные карбонадо, поскольку они обладают повышенной твердостью и наименее подвержены раскалыванию. На втором месте стоят шаровидные балласы и небольшие монокристаллы алмаза округлой формы. На изготовление буровых коронок ежегодно расходуется около 0.6 тонны камней, что составляет примерно 10 % общего количества добываемых в мире технических алмазов.

Применение алмазных резцов и сверл на обработке цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ дает огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышается производительность труда, но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.

Совершенно незаменимы алмазы при вытачивании опорных рубиновых камней, используемых в часовых и многих других точных механизмах, а также при правке шлифовальных кругов.

Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных металлов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов может быть изготовлена лишь с помощью алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими (от 0.5 до 0.001 мм) отверстиями.

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов. Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Однако, как и в любой отрасли, образуются отходы, и алмазосодержащая отрасль не исключение.

Традиционно основным сырьем для производства силикатных материалов автоклавного твердения является кварцевый песок. В то же время по России общий объем отходов промышленности ежегодно составляет миллиарды тонн, большая доля которых это попутно добываемые скальные породы и песчано-глинистые отложения незавершенной стадии глинообразования, характеризующиеся разнообразием вещественного состава и свойств.

Поэтому в настоящее время особую актуальность приобретают задачи расширения и замены традиционного сырья, для производства силикатных материалов, более дешевыми, доступными и эффективными сырьевыми материалами. Это позволит производить стеновые материалы, сочетающие в себе высокие конструктивные, декоративные и эксплуатационные качества с относительно низкой стоимостью.

В Архангельской области при добыче и обогащении алмазосодержащих руд, заключающейся в переработке горных пород, образуются огромные скопления техногенных отходов, большую долю, которых составляют песчано-глинистые отложения.

Состав отходов варьируется в зависимости от глубины залегания на вскрышные песчано-глинистые породы (на глубине до 200 м) и более глубинные высокомагнезиальные (сапонит-серпентинового состава) породы.

Известно использование глинистых пород КМА для производства силикатных материалов гидротермального твердения [1], а так же магнийсодержащего сырья, преимущественно железных руд Ковдорского и Качканарского ГОКов, как минерального сырья для производства различных строительных материалов и изделий: вяжущих веществ, бетонов, растворов, керамики, глазурей и т.д. [2, 3].

В БГТУ им. В.Г. Шухова под руководством д.т.н., профессора В.С. Лесовика ведется разработка ряда технологий по производству строительных материалов и изделий на основе пород Архангельской алмазоносной провинции.

Одним из перспективных направлений в настоящее время является производство прессованных силикатных материалов автоклавного твердения на данном техногенном сырье.

Изучаемые породы вводили в состав путем совместного помола с известью и последующим смешиванием с остальными компонентами смеси. Результаты испытаний показали, что с использованием исследуемого сырья можно получить силикатный кирпич марки 250…400 в зависимости от типа сырья. Средняя плотность составляет 1900-1950 кг/м³. Высокая прочность сырца (выше в 2-2,5 раза по сравнению с силикатным кирпичом на традиционном песке), что позволит снизить расходы на брак и увеличить производительность заводов.

Песчано-глинистые породы, в зависимости от их минерального состава, имеют различную окраску, что позволяет использовать их в качестве пигментов для окрашивания строительных материалов. На основе предлагаемого сырья можно получать силикатные изделия красного, желтого и темно-серого цветов.

Таким образом, замена традиционных дефицитных материалов более дешевыми, доступными и эффективными песчано-глинистыми породами Архангельской алмазоносной провинции позволит не только снизить катастрофически огромное содержание отходов в хвостохранилищах и создать благоприятные микроклиматические условия для жизнедеятельности человека, но и повысить эффективность их использования в качестве одного из источников сырья для силикатных автоклавных материалов.

Известно, что с момента начала промышленной добычи полезных ископаемых и до настоящего времени извлечение алмазов из алмазосодержащего сырья во всех алмазодобывающих странах осуществляется на обогатительных фабриках. Алмазосодержащее сырья доставляется с месторождения на обогатительную фабрику, где и происходит извлечение алмазов.

В настоящее время на каждом этапе извлечения алмазов используется довольно большое разнообразие технологических процессов и оборудования. Однако, все известные способы извлечения алмазов объединяет то, что на всех этапах и операциях по извлечению алмазов обрабатывают алмазосодержащее сырье, находящееся в мокром состоянии, с применением большого количества воды и иных жидкостей (В.И. Брагина, И.И. Брагин, "Технология угля и неметаллических полезных ископаемых", Красноярское книжное издательство, 1973, с. 89-100). В частности удельный расход воды составляет порядка 1000 м3/т. Это объясняется крайне низким содержанием алмазов в алмазосодержащем сырье. В среднем одна часть алмазов приходится на 20 млн. частей руды, т.е. содержание алмазов в исходном сырье составляет порядка 0,000005%.

Один из способов извлечения алмазов из алмазосодержащего сырья заключается в следующем: руда поступает на конвейер, где ее сортируют вручную. При этом пустую породу из нее удаляют в отвал. Остальная руда подвергается дезинтеграции путем дробления в увлажненном состоянии в гирационных дробилках. Дезинтегрированное сырье поступает на грохоты, где осуществляется классификацию дезинтегрированного сырья по классам крупности. Разделенное по классам крупности дезинтегрированное сырье поступает на первичное обогащение в первичные концентрационные чаши. Слив первичных подвергается грохочению на грохотах. Надрешетный продукт направляется на дезинтеграцию. Затем осуществляется доводка промпродуктов первичного обогащения. При доводке дезинтегрированный надрешетный продукт подвергается повторной обработке во вторичных концентрационных чашах. Концентраты первичных и вторичных концентрационных чаш поступают на двухдечный грохот, где разделяются на три класса, которые направляют на жировые вибрационные столы. Содержащиеся в руде алмазы гидрофоны и не требуют предварительной подготовки для их извлечения на жировых столах. Хвостовых жировых столов удаляют в отвал, а концентраты сначала поступают в обезжиривающую установку, а затем на ручную сортировку.

Способ достаточно производителен, обеспечивает высокую степень извлечения алмазов. Однако, как и во всех остальных известных и применяемых на сегодня способах извлечения алмазов, все его операции осуществляются с мокрым сырьем. При этом расходуется большое количество воды, что исключает возможность извлечения алмазов непосредственно на месторождении. Это влечет за собой необходимость транспортировки исходного сырья на горнообогатительные комбинаты, где имеются мощные водооборотные системы. Работа мощных водооборотных систем требует больших затрат на электроэнергию и требует создание больших водохранилищ. Для сбора и хранения отходов мокрого обогащения алмазосодержащего сырья требуется создание хвостохранилищ, опасных для окружающей среды. Все это вместе взятое существенно увеличивает себестоимость обогащения алмазосодержащего сырья, создает экологическую опасность для окружающей сред...