2.2. Бурове устаткування

Породи руйнуються робочим органом (інструментом), що приводиться в рух приводами бурових або ручних машин. Зруйнована порода (шлам) з нижньої частини порожнини (вибою) видаляєть­ся безпосередньо робочим органом, про­дуванням порожнини стисненим повітрям із промиванням водою та відсмоктуван­ням пилу. Конструкція робочого органа і метод видалення шламу значною мірою визначаються способом буріння. Розріз­няють механічний і фізичний способи бу­ріння. До механічного способу належать обертальне, ударне і віброударне, а до фі­зичного — термічне і гідравлічне буріння.

Обертальне буріння засноване па руй­нуванні породи через її різання і стиран­ня різцем робочого органа (бура), що має одночасно обертальний і поступальний рух уздовж осі свердловини. Свердлови­ни можна бурити в різних напрямах — вертикальному, горизонтальному і похило­му, що є перевагою способу. Цей спосіб характеризується високою продуктивніс­тю, оскільки процес буріння відбувається безперервно. Найефективніший оберталь­ний спосіб при бурінні порід з нижчою від середньої міцністю ( _см.150 *10⁶ Па), оскільки при бурінні твердіших порід кромка різця не може сколювати породу стружкою значної товщини і руйнує по­роду стиранням. Різець швидко спрацьо­вується, швидкість буріння надає, а про­дуктивність зменшується.

Ударне буріння здійснюється підні­манням і опусканням важкого інструмен­та — бурового долота, яке, завдаючи уда­рів по розроблюваній породі, руйнує її. Після кожного удару долото повертаєть­ся на деякий кут щодо своєї осі, а нові удари поступово руйнують породу по всьому перерізу свердловини, падаючи їй круглу форму. За такого способу бурін­ня тверді породи розколюються і дроб­ляться, а м'які — ріжуться і мнуться. Ви­користання удару дає змогу створювати великі навантаження у зоні контакту до­лота і породи, тому цей спосіб можна за­стосовувати для руйнування порід різної міцності. Однак при бурінні порід з ниж­чою від середньої міцністю ударне бурін­ня поступається продуктивністю обер­тальному. Тому ударне буріння доцільне для порід, які мають міцність вищу від середньої.

Якщо кромка бура містить більше ніж один різець, розміщений по своєму діа­метру, то такий робочий орган називають шарошкою.

При шарошковому бурінні породи руй­нують різці шарошки, що обертається на­вколо вертикальної осі штанги, на якій вона закріплена, при одночасному тиску штанги на породу.

Віброударне буріння поєднує ударні й обертальні способи буріння. Породу руйнує обертовий робочий орган, який одночасно здійснює часті коливання вздовж своєї вертикальної осі, що сприяє підвищенню швидкості буріння. Як і ударне, віброударне буріння застосовують під час розробки твердих порід чи прова­дження робіт узимку.

Термічне буріння здійснюють вогне­струминними пальниками і високотемпе­ратурними газовими струменями, що впли­вають із надзвуковою швидкістю па роз­роблювану породу. При нагріванні поро­да розширюється і внаслідок виникнення напружень розтріскується й руйнується. У цей спосіб розробляють тверді породи з високими абразивними властивостями.

Гідравлічне буріння засноване па ви­користанні рідини (води), що подається у вибій під тиском. Цей спосіб застосову­ють для буріння свердловин у піщаних і глинистих ґрунтах. При бурінні скель­них порід використовують енергію топ­кого струменя води (0,8... 1,0 мм), що має надзвукову швидкість при тиску близько 200 Па.

Основними робочими органами буро­вого устаткування є гвинтовий бур, удар­но-поворотне і шарошкове долота.

Гвинтовий бур (рис. 2.1, а)має ви­гляд штанги / із навареною на ній гвин­товою спіраллю 2, нижня кромка якої ос­нащена різцями 3 із твердих сплавів.

Рис. 2.1. Основні види буровою інструменту:

а — гвинтовий бур: 6 - ударно- пово­ротне долота; в — шарошкове долото; 1 — штанги; 2 - гвинтова спіраль; 3 - різець; 4 — стрижень: 5 - різальна кромка; 6-канал; 7 — корпус; 8— лапа ; 9 — шарошка

Рис. 2.2. Бурова машина:

1 - автомобіль; 2 - упор; 3 - гідро циліндр; 4 — бурильна штанга; 5 - кронштейн; 6- домкрат; 7 - пульт керування

Ударно-поворотне долото (рис.2.1, б) — це масивний циліндричний стри­жень 4, па торці якого є загострена робо­ча частина — різальна кромка 5. Для про­ходження повітря чи води всередині до­лота просвердлено канал 6. При подаванні води через цей канал вона змішуєть­ся з розробленою породою (утворюється шлам), що полегшує видалення породи із свердловини.

Шарошкове долото (рис. 2.1, в) складається з корпусу 7 із трьома лапами 8. Конічні шарошки 9 насаджені на цапфах і утримуються проти зсуву штифтами. Всередині корпусу є центральний канал для продування шарошок стисненим повітрям.

Робочі органи бурового устаткування приводяться в рух спеціальними механіз­мами, змонтованими па базі колісних і гусеничних тракторів, па шасі автомобі­ля або є змінним навісним устаткуванням екскаватора чи крана. Бурове устат­кування в комплексі з базовим агрегатом (трактором, автомобілем, екскаватором чи крапом) утворює бурову машину чи бу­рову установку. Застосування тієї чи іншої бурової машини визначається фізичними властивостями ґрунту, в якому здійснюється буріння, діаметром і глиби­ною свердловин і шпурів.

На рис. 2.2 наведено схему наймобільнішої бурової машини, змонтованої па ша­сі автомобіля. Бурильна штанга 4 кріпить­ся до рами автомобіля 1 кронштейном 5 і в транспортному положенні (на рисунку її показано штриховою лінією) спирається на упор 2. Для переведення штанги в робоче положення, як зображено на ри­сунку, призначений гідро циліндр 3. Стій­ке положення бурильної штанги фіксує домкрат 6. Бур приводиться у рух від двигуна автомобіля, а опускається і піднімається за допомогою канатного поліс­паста з приводом від двох циліндрів. Ке­рують роботою бура з пульта 7, розміще­ного на задній частині автомобіля.