Классификация способов бурения и их общая характеристика

Для бурения шпуров и скважин применяют разнообразные бурильные молотки, буровые каретки, станки и установки. Ис­пользуются разные принципы воздействия бурового инструмента на забой и очистки скважин или шпуров при бурении от продук­тов разрушения. При всех способах при бурении выполняются следующие основные операции: подготовка и установка буриль­ной машины для начала работ, бурение (разрушение породы) с очисткой забоя скважины от продуктов разрушения (буровой мелочи) наращивание бурового става для достижения требуемой глубины бурения и его разборка после окончания работ, смена из­ношенного бурового инструмента и передвижение машины на новую точку бурения.

В настоящее время на карьерах применяют вращательный и ударные (ударно-поворотный, ударно-вращательный и враща­тельно-ударный) способы бурения шпуров и скважин, которые иногда называют механическими способами бурения, а также ог­невое расширение скважин. Кроме перечисленных способов, про­водятся опытные работы по применению взрывного, электроим­пульсного разрушения пород при бурении, а также различных видов комбинированного бурения: ударно-шарошечного, магнитно-стрикционного, режуще-шарошечного и термошарошечного.

При вращательном бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпура или скважины и одновременно с определенным усилием подается на забой. Величина усилия задается из расчета превышения предела прочности породы на вдавливание на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходят последовательное скалывание частиц породы с забоя и углубление инструмента по винтовой ли­нии. Продукты разрушения удаляются механическим способом с помощью витых штанг (при бурении шпуров), шнеков (при бу­рении скважин), промывкой забоя водой или продувкой возду­хом.

К вращательным способам бурения относятся: бурение шпу­ров резцами с помощью ручных и колонковых сверл; бурение скважин резцами (долотами режуще-скалывающего действия); бурение алмазным инструментом; дробовое бурение.

На карьерах применяют только вращательное бурение скважин с механическим удалением продуктов разрушения штангами-шнеками, вследствие чего этот способ бурения иногда называют шнековым.

При ударном бурении инструмент наносит удар по забою и разрушает породу под лезвием. После каждого удара инстру­мент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая таким об­разом получение круглого сечения шпура или скважины. Разли­чают следующие виды ударного бурения.

Ударно-поворотное бурение бурильными молот­ками, при котором инструмент поворачивается только в проме­жутках между ударами специальным поворотным устройством. К ударно-поворотному относится и ударно-канатное бурение скважин.

У д а р н о - в р а щ а т е л ь н о е бурение погружными пневмоударниками и бурильными молотками с независимым вра­щением, при котором удары наносятся по непрерывно вращающе­муся инструменту. Разрушение породы при отмеченных двух спо­собах бурения происходит только за счет его внедрения при уда­рах.

Вращательное ударное бурение специальными ма­шинами, при котором удары наносятся по непрерывно вращающе­муся под большим осевым усилием инструменту. Разрушение про­исходит как за счет внедрения инструмента при ударах, так и за счет скола породы при вращении инструмента.

Бурение шарошечными долотами относится к ударному при долотах чистого качения и к вращательно-ударному при долотах, в которых зубья наряду с перекатыванием по забою срезают ее скользящим движением (долота со скольжением).

При огневом бурении разрушение породы происходит в резуль­тате термонапряжений, возникающих при быстром нагреве по­верхности породы потоками раскаленных газов (I = 2000 °С), вылетающих из сопел горелки со скоростью 2000 м/с и более.

Горелки при бурении охлаждаются водой или воздухом.

При взрывном бурении разрушение породы происходит последо­вательными взрывами на забое скважины небольших зарядов ВВ.

Для промышленного внедрения взрывного бурения нужно решить ряд сложных технических вопросов экологии и безопасности работ на станках.

При электроимпульсном бурении разрушение пород проис­ходит за счет электрического пробоя участка забоя скважины высоковольтным (до 200 кВ) разрядом. Мгновенно выделяемая энергия в канале пробоя разрушает породу, которую с забоя удаляют потоком диэлектрика, циркулирующего в скважине (соляровое масло, вода и т. п.).

При ударно-шарошечном бурении над шарошечным долотом устанавливается пневмоударник, который наносит удары с часто­той 1000—2000 в минуту по долоту, увеличивая в 1,3—1,6 раза чистую скорость бурения по сравнению с обычным шарошечным.

При магнитострикционном бурении над шарошечным доло­том устанавливается магнитостриктор мощностью 60 кВт, с по­мощью которого под действием электрического тока частотой 400 Гц — е такой же частотой и с амплитудой ~1_,5 мм на долото накладываются вибрационные нагрузки. При этом значительно возрастает чистая скорость бурения, особенно при уменьшенных на 25—30 % значениях осевого усилия. Наибольший эффект можно получить в крепких монолитных породах.

При режуще-шарошечном бурении разрушение происходит резцами и шарошками одновременно или попеременно: в мягких породах резцами, а в крепких — шарошками. Этот способ бурения особенно эффективен в перемежающихся по крепости породах и при наличии в мягких породах крепких включений.

При термошарошечном бурении разрушение шарошками производится предварительно ослабленной огневым воздействием породы. Реализация этого способа затруднена из-за высоких тем­ператур на забое, при которых на нем работают шарошки.