5.5. Машини для бурових робіт
Бурильні машини призначені для утворення вертикальних, нахилених або горизонтальних каналів у грунті. При діаметрі до 75 мм ці канали називаються шпурами. При діаметрі понад 75 мм - скважинами. Використовують бурильні машини при геологічній розвідці грунтів, буровибуховій розробці скельних та мерзлих грунтів, водозниженні, влаштуванні опор лінії зв’язку і електропередачі та ін. Процес буріння включає в себе руйнування грунту (породи) та його видобування зі скважини (шпура). Розрізняють механічний, термічний і термомеханічний способи буріння. При першому способі грунт (порода) руйнується буровим інструментом, при другому - високотемпературним газовим струменем, який витікає з високою швидкістю з пальника, при третьому - спільним впливом газового струменю та бурового інструменту. У будівництві найбільше поширення отримав механічний спосіб буріння. При цьому розрізняють ударно-поворотне, ударно-обертальне та обертальне механічне буріння.
Рис. 5.18. Робоче обладнання бурильноо-кранової машини:
а- загальний вигляд; б- кінематична схема при двоциліндровій подачі штанги; 1- гідроциліндр для переведення робочого обладнання в транспортне положення; 2- гідроциліндр переміщення бурової штанги; 3- редуктор; 4- бурова штанга; 5- гвинтові лопаті; 6- забурник; 7- виносні опори; 8- вантажопідйомний барабан; 9- лебідка; 10- гідроциліндр переміщення бурової штанги; 11- гідрофікований патрон
При ударно-поворотному бурінні буровому інструменту задаються обертальні рухи та ударні імпульси. Продукти руйнування вилучаються при продуванні стиснутим повітрям або промиванням водою.
При ударно-обертальному бурінні поверхня забою руйнується вільно-падаючим масивним долотом, причому від удару до удару долото повертається на кут 20…400. Періодично свердловина наповнюється водою і продукти руйнування разом із водою вилучаються желонкою (циліндрична труба із клапаном на днищі).
При обертальному бурінні розробка забою та вилучення продуктів руйнування здійснюється за рахунок обертання бурового інструменту. Цей спосіб найширше застосовується при бурінні свердловин у мерзлих і розталих грунтах, які не містять великих каменів.
Установки обертального буріння часто виготовляють у вигляді бурильно-кранових машин, які являють собою автомобілі або трактори, оснащені навісним бурильним і вантажопідйомним обладнанням. Вантажопідйомне обладнання дозволяє додатково робити монтаж підпор у пробурені ями та свердловин. Робоче обладнання бурильно-кранової машини, виготовленої на базі автомобіля, зображено на рис. 5.18.
Грунт розробляється забурником 6 та нижніми окрайками гвинтових лопатей (шнеків) 5. Забурник служить для центрування шнеку і сприйняття діючих на шнек бічних навантажень. Забурник і шнек закріплено на кінці граненої бурової штанги 4. Остання проходить через отвір зубчастого колеса редуктора 3 і приводиться ним у дію. Крім того, на бурову штангу передається осьове зусилля, яке просуває її у бік забою. При невеликій глибині буріння штангу переміщують гідроциліндром 2. При глибокому бурінні штангу затискають у гідрофікованому патроні 11 і переміщують за допомогою гідроциліндрів 10, тоді звільняють її, підіймають патрон 11 гідроциліндрами 10 і цикл повторюється. Для підняття робочого обладнання над землею при одноциліндровому механізмі осьового переміщення застосовують цей же гідроциліндр. При глибокому бурінні та використанні двоциліндрового механізму бурову штангу підіймає лебідка 9. Другий барабан 8 цієї лебідки служить для операцій при влаштуванні у пробурені свердловини стовпів, свай і т.д.
Гідроциліндр 1 призначений для переведення обладнання в транспортне положення. Для розвантажування ходового обладнання передбачено виносні опори 7. У деяких моделей робоче обладнання розміщується на поворотній платформі або збоку шасі, що забезпечує велику точність його встановлення. Грунт розробляють одночасним обертанням бура та його осьовій подачі. Після заглиблення бура на 0,3…0,5 м його підіймають, збільшують швидкість обертання і розкидають грунт у різні боки. Для буріння глибоких свердловин бур виготовляють у вигляді шнека, який складається з окремих секцій. В міру заглиблення бурову штангу від’єднують від шнека, підіймають і вставляють проміжну секцію шнека. Продукти руйнування зі свердловини вилучають шляхом безперервного переміщення по шнеку.
При розробці виїмок різного діаметра машини комплектуються змінним буровим обладнанням. Експлуатаційна швидкість буріння свердловин у грунтах (окрім мерзлих) без кам’янистого вмісту складає в середньому 0,6…1,4 м/хв, залежно від діаметру і глибини свердловини. При розробці мерзлого грунту вона зменшується у 3…6 разів.