16. Станки ударно-канатного бурения.

При ударно-канатном буре­нии порода разрушается от ударов, наносимых периодически па­дающим на дно скважины буровым снарядом / (рис. 3.3). Буровой снаряд состоит из долота, ударной штанги, на нижний конец которой навинчивается долото, и канатного замка, обеспечиваю­щего надежное соединение снаряда с грузоподъемным канатом 2 и закрепленного на верхнем конце штанги. По форме ударной части различают плоское долото (с головкой в форме зубила), применяемое для бурения нетрещиноватых пород, крестовое до­лото с одинаковыми или разновысокими головками, используе-

мое при бурении трещиноватых пород, и фасонное («копытное») долото с седловидной рабочей поверхностью.

Рис. 3.3. Схема станка ударно-канатного бурения:

1 — буровой снаряд; 2 — грузоподъемный канат; 3 — мачта; 4 — головной блок; 5- гидроподкос; 6 — оттяжной блок; 7 — кривошипно-шатунный механизм; 8 — барабан лебедки

При ударе о дно скважины долото крошит породу, выбивая в ней канавку, затем, поднимаясь, оно благодаря спиральной на­вивке каната и конструкции канатного замка немного поворачи­вается и следующий удар образует канавку, пересекающую пер­вую. Куски породы, оказавшиеся между канавками, скалывают­ся, благодаря чему и происходит углубление скважины. Продукты разрушения удаляются из скважины промывочной жидкостью, подаваемой с поверхности и вычерпываемой желоночным уст­ройством.

Буровой снаряд ударяется о дно скважины с частотой до 1 Гц благодаря оттяжному блоку 6, соединенному с шатуном ударного кривошипно-шатунного механизма 7. В ходе этих колебаний сна­ряд поднимается над дном скважины на высоту 0,6... 1,3 м, падает вниз и снова поднимается. Общая длина каната регулируется подъемным барабаном таким образом, чтобы в неподвижном со­стоянии снаряда долота были выше дна скважины на 20...50 мм. Благодаря этому канат все время находится в натянутом состоя­нии и испытывает меньшие динамические нагрузки при подъе­ме бурового снаряда, так как работает в режиме «подъем с веса». Станки ударно-канатного бурения устанавливают на рамах с по­лозьями или самоходных, чаще гусеничных шасси и оснащают приводом от двигателя внутреннего сгорания или от стационар­ной электрической сети. Поскольку эти установки не перебрасы­вают собственным ходом на значительные расстояния, к их ходовой трансмиссии и движителю серьезных требований не предъяв­ляется.

3.2. Машины и оборудование для вращательного бурения

Машины и оборудование для вращательного бурения выгодно отличаются высокой производительностью, отсутствием пыли и низким уровнем шума при работе, а также легкостью механиза­ции и автоматизации основных и вспомогательных рабочих опе­раций.

Значительная часть парка установок вращательного бурения, Используемых в транспортном строительстве, представлена бурилъ-но-крановыми машинами, смонтированными преимущественно на Шасси грузовых автомобилей повышенной проходимости. Опыт эксплуатации машин в подобной комплектации доказал их эко­номичность, удобство и универсальность, что является достаточ­но серьезным основанием для дальнейшего развития этого направления. Основными элементами установки являются вертикаль­ные направляющие, а также вращательный и рабочий механизмы. Рабочий механизм машин вращательного бурения может быть выполнен с винтовыми и лопастными бурами.

Станки вращательного бурения рассчитаны на бурение скважин диаметром 100... 300 мм и глубиной до 40 м и более. Рабочим орга­ном станка является буровой снаряд, погруженный в скважину.

Порода на дне скважины разрушается твердосплавными, ша­рошечными, дробовыми или алмазными буровыми коронками. Для

Рис. 3.4. Схема привода механизма вращательного бурения:

1 — бур; 2 — бурильная штанга; 3 -редуктор механизма вращения; 4 — гидроцилиндр наклона мачты; 5 — канатно-блочный полиспаст; 6 — лебедка

При бурении глубоких скважин в непрочных или нестабильных породах используют обсадные трубы, предохраняющие стенки скважины от оседания или обрушения, что чревато защемлением бурильной штанги и потерей бурильного снаряда. Для устройства

Достаточно широко используют установки с буровым оборудо­ванием вращательного действия на шасси стрелового гусеничного крана (рис. 3.5). На его крюковой подвеске /через серьгу подвеше-

Рис. 3.5. Установка вращательного бурения на шасси стрелового гусеничного крана: 1 — крюковая подвеска; 2 — штанга; 3 — стаби­лизатор; 4 — механизм вращения; 5 — бур; 6 — обсадный патрубок; 7 — кондуктор; 8 — анкер­ные штыри

Номенклатура бурового инструмента, которым комплектуют бурильно-крановое оборудование, зависит от его назначения и типоразмера. Лопастные буры (рис. 3.6) применяют главным об­разом на легких бурильно-крановых машинах. Они оснащены вин­товыми лопастями, накапливающими срезаемый грунт и вынося­щими его из скважины. Лопасти либо отливают заодно с остовом бура, который соединяется с бурильной штангой, либо привари­вают к нему. Для повышения эффективности процесса разруше­ния грунта к лопастям крепят резцы, а к нижней части остова бура — забурник. Шарнирно закрепленные на лопастях заслонки предотвращают просыпание грунта при его подъеме на поверх­ность. Средние и тяжелые машины комплектуют шнековыми и ковшовыми бурами, которые также оснащают резцами и забур­ником. Бурение шнековым буром в зависимости от конструкции машины и глубины скважин может осуществляться как непре­рывно на всю длину скважины, так и циклично — в грунтах, устойчивых к обрушению. Оборудование, как и в предыдущих слу­чаях, монтируют на стреловом гусеничном кране или на шасси 6 гидравлического гусеничного экскаватора, приспособленного под бурильные работы (рис. 3.7).

Рис. 3.6. Лопастные буры, использумые при вращательном бурении:

о — из комплекта с непрерывным шнеком для бурения грунтов до IV категории (включая вечномерзлые и водонасыщенные при температуре ниже 0°С); б — для бурения грунтов II —VI категорий; в — для бурения грунтов до IV категории (включая вечномерзлые); г — для бурения грунтов IV—V категорий; д — с ци­линдрическими самозатачивающимися резцами (применяется для бурения грунтов I —V категорий)

Машины тяжелого типа, как правило, оснащают ударными и шарошечными долотами для бурения валунных, гравийно-галечниковых отложений и скальных включений. Основные элементы шарошечного долота (рис. 3.8) — это 3 — 5 шарошек-конусов с несколькими рядами резцов или зубьев на поверхности, разруша­ющих грунт.

Рис. 3.7. Оборудование для вращательного бурения скважин на шасси гидравлическо­го гусеничного экскаватора: / — канатно-блочный полиспаст; 2 — мачта; 3 ~ механизм вращения буровой штанги; 4 - буро­вая штанга; 5 - шнековый бур; 6 - шасси

При бурении шарошечное долото принудительно вращают и одновременно осевым усилием механизма подачи прижимают к дну забоя. Шарошки свободно перекатываются по поверхности забоя, при этом их зубья или резцы внедряются в породу и скалы­вают, дробят и истирают ее, совершая относительное (вокруг оси шарошки), переносное и поступательное (вокруг и вдоль оси до­лота) движения.

Зубья на шарошке располагают рядами, которые называют вен­цами. При перекатывании по забою шарошка опирается на его поверхность то одним, то двумя зубьями. Опираясь на один зуб,

шарошка поворачивается вокруг него, а в этот момент вершина другого зуба ударяет по породе. Чем ближе венец шарошки распо­ложен к оси долота, тем меньше высота зубьев или резцов и, следовательно, меньше энергия удара. Зубья, расположенные на вершине шарошки, работают вообще без ударов и разрушают по­роду, только раздавливая и сминая ее.

Рис. 3.8. Шарошечные долота:

а — с твердосплавными резцами; б — с фрезерованными зубьями; 1 — хвосто­вик с наружной конической резьбой; 2 — втулка; 3 — центральный продувоч­ный канал; 4 — лапы; 5— роликовые подшипники; 6— шариковые подшипни­ки; 7 — цапфа; 8 — шарошка с резцами; 9 — шарошка с фрезерованными зубь­ями