ЗАТЯЖКИ ПРИ БУРЕНИИ РУДОДОБЫВАЮЩИХ ШАХТ

TIGHTENING IN ORE MINING DRILLING

Pavle Evrich

student, Department of Building Materials Technology and Metrology, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Saint-Petersburg

Mariya Efimova

student, Department of Building Materials Technology and Metrology, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Russia, Saint-Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются проблемы, связанные с использованием затяжек при бурении рудодобывающих шахт, и анализируются их основные недостатки. Особое внимание уделяется традиционным материалам, таким как сталь и бетон, которые характеризуются высоким весом, низкой трещиностойкостью и ограниченной долговечностью. Для устранения данных недостатков предлагается использовать фиброкерамзитобетон, обладающий уникальными свойствами, включая низкую среднюю плотность при одновременно высокой прочности, а также устойчивость к динамическим нагрузкам. В ходе исследования проведен сравнительный анализ различных материалов, подтверждающий перспективность использования фиброкерамзитобетона для улучшения характеристик затяжек. Результаты работы подчеркивают важность внедрения современных материалов и технологий для повышения эффективности и безопасности горных работ.

ABSTRACT

The article discusses the problems associated with the use of tie rods in the drilling of ore mines and analyzes their main disadvantages. To eliminate the disadvantages, it is proposed to use fiber expanded clay concrete, which has unique properties, including low average density with high strength at the same time, as well as resistance to dynamic loads.

Ключевые слова: затяжки, бурение, рудодобывающие шахты, фиброкерамзитобетон, трещиностойкость.

Keywords: tightening, drilling, mining shafts, fiber expanded clay concrete, crack resistance.

В современном мире добыча полезных ископаемых остается одной из ключевых отраслей промышленности, обеспечивающих развитие экономики и удовлетворение потребностей человечества в ресурсах. Бурение рудодобывающих шахт представляет собой сложный технологический процесс, требующий высокоточного оборудования, профессиональных навыков и глубокого понимания геологических особенностей месторождений. Одной из наиболее распространенных и трудноразрешимых проблем, возникающих при бурении подземных выработок, являются затяжки – явления, связанные с нарушением нормального хода бурового инструмента или его застреванием в скважине. Это не только увеличивает временные и финансовые затраты на проведение работ, но и может привести к серьезным аварийным ситуациям, угрожающим безопасности персонала и целостности оборудования. Актуальность изучения затяжек обусловлена тем, что они существенно влияют на эффективность и надежность буровых операций, снижая производительность и повышая риск возникновения непредвиденных осложнений. Природа затяжек многогранна: они могут быть вызваны как механическими факторами (например, трением бурового инструмента о стенки скважины), так и геологическими условиями (наличием зон разломов, пластичных пород или аномально высоких давлений). В условиях постоянно усложняющихся горно-геологических параметров и стремления к освоению все более глубоких и труднодоступных месторождений проблема затяжек становится еще более значимой. Разработка методов предотвращения и ликвидации таких ситуаций является важнейшей задачей для обеспечения стабильного функционирования рудодобывающей отрасли.

В основе своей затяжки являются элементами крепежной системы, которые позволяют удерживать обсадные трубы или другие конструкции в проектном положении, противодействуя нагрузкам, возникающим в результате геологических процессов или технологических воздействий. Согласно исследованиям Моисеева А. И. [1], использование затяжек является одним из ключевых мероприятий, направленных на снижение аварийности при проведении горно-подготовительных работ, поскольку они обеспечивают надежную фиксацию оборудования и минимизируют риск его смещения или повреждения.

В зависимости от условий применения затяжки могут быть выполнены из различных материалов и иметь разнообразные конструктивные особенности. Например, в условиях низкопроницаемых пластов, где наблюдаются нестационарные и нелинейные эффекты в трещинах гидроразрыва пласта (ГРП), предпочтение отдается высокопрочным металлическим затяжкам, способным выдерживать значительные механические напряжения [2]. При строительстве глубоких вертикальных скважин, таких как разведочные скважины глубиной 2420 метров на газовых месторождениях Красноярского края, применяются комбинированные затяжки, сочетающие в себе элементы как жесткой, так и гибкой фиксации. Это позволяет адаптироваться к изменяющимся геологическим условиям и обеспечивать устойчивость конструкции на протяжении всего периода эксплуатации [3].

Согласно Дмитриеву А. и Городниченко В.  [4], затяжки также играют важную роль в процессе самообрушения руды при подземной добыче, где их использование помогает контролировать направление и интенсивность обрушения породы, минимизируя риск неконтролируемого разрушения выработок. В таких условиях часто применяются специализированные анкерные затяжки, которые обеспечивают равномерное распределение нагрузок по периметру выработки.

Кузьмин Е. и Узбекова А. [5] подчеркивают, что правильный выбор типа затяжек и их грамотная установка являются критически важными факторами, влияющими на безопасность и эффективность горных работ, особенно в условиях сложного рельефа и неустойчивых пород.

Несмотря на широкое применение затяжек в процессе бурения рудодобывающих шахт, их использование сопряжено с рядом существенных недостатков, которые могут снижать эффективность и надежность горных работ. Одной из ключевых проблем является значительный вес конструкций, что усложняет транспортировку и монтаж затяжек, особенно в труднодоступных условиях подземных выработок. Кроме того, традиционные материалы, используемые для изготовления затяжек, часто характеризуются низкой трещиностойкостью и ограниченной вязкостью разрушения, что увеличивает риск их повреждения при воздействии высоких нагрузок или в нестабильных геологических условиях. Для решения этих проблем современные исследования предлагают инновационные подходы, включая использование композиционных материалов, таких как фиброкерамзитобетон. Этот материал обладает уникальными свойствами, позволяющими существенно снизить вес конструкции за счет пористой структуры керамзита, одновременно увеличивая ее механическую прочность благодаря дисперсному армированию волокнами. Фиброкерамзитобетон также демонстрирует повышенную трещиностойкость и способность противостоять динамическим нагрузкам, что делает его перспективным решением для улучшения характеристик затяжек.

Рассмотрим подробное сравнение традиционных материалов и фиброкерамзитобетона в контексте их применения для изготовления затяжек (табл. 1).

Таблица 1

Пути улучшения характеристик затяжек

Таким образом, затяжки являются важнейшим элементом в процессе бурения рудодобывающих шахт, обеспечивая устойчивость скважин и безопасность горных работ. Однако традиционные материалы, такие как сталь и бетон, обладают рядом существенных недостатков, включая высокий вес, низкую трещиностойкость и ограниченную долговечность, что снижает их эффективность в сложных геологических условиях. Современные исследования предлагают решения, такие как использование фиброкерамзитобетона, который позволяет значительно снизить массу конструкций, повысить их прочностные характеристики и улучшить эксплуатационные свойства. Этот материал демонстрирует высокую трещиностойкость, вязкость разрушения и устойчивость к агрессивным средам, что делает его перспективным для применения в горной промышленности. Внедрение новых технологий и материалов требует дальнейших исследований и адаптации, но уже сейчас очевидно, что их использование способно существенно повысить надежность и экономичность буровых операций.

Список литературы:

1. Моисеев А. И. Разработка мероприятий и технических средств снижения аварийности при горно-подготовительных работах. – 2023.
2. Апасов Р. Т. Оценка влияния нестационарных и нелинейных эффектов в трещинах ГРП на оптимальные параметры заканчивания скважин низкопроницаемых пластов //Тюмень 2024. – С. 82.
3. Гришаев В. А. Технологические решения для строительства разведочной вертикальной скважины глубиной 2420 метров на газовом месторождении (Красноярский край). – 2021.
4. Дмитриев А., Городниченко В. Основы горного дела. Учебник для вузов. – Litres, 2022.
5. Кузьмин Е., Узбекова А. Самообрушение руды при подземной добыче. – Litres, 2022.