Бурова машина | Журнал Популярна Механіка
Гірники чимось нагадують скульпторів: вони відсікають від матінки-Землі все зайве, щоб залишити тільки найцінніше - корисні копалини. Запрошуємо вас спуститися в шахту і зайняти місце за пультом управління рідкісного апарату - підземної бурової машини.
Тільки побувавши в кар'єрі або шахті і побачивши все на власні очі, можна зрозуміти, з якими труднощами дістаються людям «дари» природи. Нам для цього довелося одягатися в спецодяг і потужні гумові чоботи по коліно, повісити через плече саморятівники (пристрій, що виробляє кисень, з загубником в високотехнологічної переносний упаковці), надіти каски з ліхтарями і відправитися на Сафьяновскій рудник, куди нас люб'язно запросила Уральська гірничо-металургійна компанія. Сафьяновское родовище вважається вельми щедрим подарунком природи: рудне тіло тут залягає на глибині всього декількох метрів від поверхні, а вміст міді в руді сягає значних ... 2%. Так, це немало - на багатьох родовищах доводиться задовольнятися цифрами менше 1,5%.
Працюючи цілодобово, гірники щодня вивозять з кар'єру і підземного рудника понад 4500 т сіруватих «каменів». Щоб перетворитися в чистий кольоровий метал, руда проходить десятки складних технологічних етапів на різних підприємствах. Її подрібнюють і подрібнюють, занурюють у воду і сушать, переплавляють і перемішують, на кожній стадії відокремлюючи ще трохи чистої міді від порожньої породи і домішок. На одному з останніх етапів мідь фактично розбирається на окремі іони, розчиняється в рідині і збирається знову за допомогою електролізу.
З тієї ж руди виходять і інші цінні метали: цинк, свинець, золото, срібло, селен, телур, індій, галій, германій, кадмій, вісмут. Деякі корисні речовини, наприклад сірчана кислота, - побічні продукти виробництва міді. Вичавити з видобутої руди все соки - це ціле мистецтво.
Робота в підземному руднику - пекло для фотографа і рай для репортера. Тут мешкають механізми, яких не зустрінеш при світлі дня, і один з них - бурова машина Sandvik DL421, заради зустрічі з якої ми і спустилися в шахту. Вона важить 22 т, може бурити отвори завглибшки до 54 м під будь-яким кутом і вміє виконувати більшу частину роботи в безпілотному режимі. «Для нас це феррарі», - посміхається наш провідник, заступник головного інженера по підземним гірничим роботам Дмитро Данилов. «Бачимо, вона червона», - погоджуємося ми.
Вентиляційна система, а також насосні станції для відкачування води - невід'ємна частина будь-якої шахти. Поки що шахта Сафьяновского рудника щодо неглибока, тому руду з неї вивозять на поверхню самоскидами. У більш глибоких шахтах прямо на низьких горизонтах встановлюють обладнання для дроблення, а на поверхню подрібнену руду доставляють за допомогою спеціального ліфта.
підземне місто
Щоб зрозуміти, чим саме займається в шахті настільки просунута бурова машина, потрібно освіжити в пам'яті, як працює сам рудник. Рудне тіло може залягати в товщі породи на різній глибині і під різними кутами. Воно може мати будь-яку форму (штоки, пласти, жили) або зовсім являти собою безліч окремих гнізд. Для простоти давайте уявимо собі вертикальний циліндр.
«Револьверна» касета бурової машини дозволяє проходити свердловини глибиною до 54 м, поступово нарощуючи бур подовжувальними штангами.
Спочатку руду видобувають відкритим способом. З кар'єра поступово виймають як руду, так і пусту породу. Борти кар'єру будуються уступами, що надає йому вельми впізнаваний образ. Глибина розробки відкритим способом має свої межі, які встановлені ще на стадії проектування, і залежить від форми і глибини залягання рудного тіла. Наприклад, Сафьяновскій кар'єр в даний час розрісся до 900 м в діаметрі, а його розрахункова глибина становить 265 м.
Для видобутку руди з великих глибин будується шахта. Це ціле підземне місто, обстановкою нагадує метро, а організацією руху - підземну парковку. «Поверхи» в шахті називаються горизонтами. Переміщатися між ними можна по похилих каналах - з'їздів.
У Сафьяновском руднику горизонти будуються через кожні 20 м. Ми були на 60-му горизонті. Цифра вказує глибину щодо рівня моря. Правда, місто Реж, в якому знаходиться наш кар'єр, розташований на 200 м вище рівня моря, так що насправді ми спустилися під землю на глибину 260 м.
Канали проходять вибуховим способом: бурова машина проробляє в породі горизонтальні свердловини, в них закладають вибухівку. Після вибуху обрушилася породу вивозять за межі шахти. Стінки отриманого в результаті тунелю бетонують, а місцями навіть посилюють арматурою. Створюється міцна опалубка, що захищає канал від обвалення.
Весь фокус шахтних робіт полягає в тому, що людина ні за яких обставин не повинен перебувати в очисний камері, звідки, власне, і дістають руду. Тому алгоритм видобутку виглядає наступним чином. На черговому горизонті описаним вище способом будується бетонований горизонтальний канал - квершлаг, який вважається капітальної гірської виробленням. Від нього йде бурової орт - гірнича виробка, яка проходить прямо крізь рудне тіло. Її було бетонують, але закріплюють спеціальними шпурамі. До кінця бурового орта підходить бурова машина і бурить серію свердловин, переважно вгору і в сторони.
Стоячи на місці і повертаючи бур з боку в бік, машина може зробити кілька свердловин в одній площині, так званий віяло. Відступивши пару метрів назад, вона бурить новий віяло. Коли зроблено кілька віял, підривники закладали вибухівку в кожну свердловину.
1. Кермо // 2. Ручка перемикання швидкостей. Обертанням вибирається одна з трьох швидкостей, поворотом від себе або на себе - передній або задній хід // 3. Управління гідравлічними опорами шасі // 4. Прилади: обороти, рівень палива, тиск в гідравлічних системах // 5. Контроль стану перфоратора, а також висотою даху і освітлювальними приладами // 6. Покажчики повороту, звуковий сигнал, стоянкове гальмо // 7. Управління котушками. Машина підключається до водопроводу і електричній системі, при цьому кабелі та шланги вона возить з собою на моторизованих котушках // 8. Блок контрольних ламп і управління компресорним обладнанням і системою мастила // 9. Аварійний вимикач // 10. Контрольна панель системи самодіагностики // 11. Педалі газу і гальма // 12. Камери огляду.
Після вибуху над буровим ортом утворюється камера глибиною 20 м (до попереднього горизонту), заповнена рудної гірничою масою. Заходити в неї не можна, тому що там немає опалубки. Руду з камери виймає шахтні навантажувально-транспортні машини на радіоуправлінні. Оператор управляє нею в зоні прямої видимості, але з безпечного місця. Зрозуміло, на кожному горизонті виробляється безліч таких камер.
11 метрів - довжина скромного вантажного автомобіля без причепа. Трохи для машини, здатної пробурити 54-метрову свердловину в твердій скельній породі.
Бурова машина SANDVIK DL421
При власній довжині всього 11 м ця машина може пробурити свердловину глибиною до 54 м. Це можливо завдяки револьверному механізму нарощування бура. В касеті, що нагадує барабан револьвера, зберігається 29 «патронів» - двометрових штанг із зовнішнім різьбленням з одного боку і внутрішньої з іншого. Ще одна штанга живе безпосередньо на хвостовику перфоратора.
Пробуривши свердловину на глибину близько 2 м, машина залишає першу штангу всередині, від'єднує перфоратор і відводить його назад, встановлює між перфоратором і першій штангою нова ланка і закручує різьблення. Можна бурити далі і при бажанні повторити цю операцію до 29 разів.
Буріння віяла машина може проводити як в ручному, так і в повністю автоматичному режимі. Керуючись інформацією від геологів, маркшейдер (гірський інженер) складає програму, що визначає, скільки свердловин бурити, під якими кутами і на яку глибину. Безпосередньо в шахті він же ставить на стінах позначки для оператора звичайною фарбою. Оператору залишається лише виставити машину (саме шасі, а не бур) по оцінкам за допомогою вбудованих лазерних покажчиків і запустити програму.
Стаття «Кріт-Мікеланджело» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №12, Листопад 2015 ).