Термическое (огневое) бурение скважин

Термическое (огневое) бурение используется в крепких кварцсодержащих монолитных породах с коэффициентом крепостиf< 20. Разрушение породы происходит в результате практически мгновенного нагрева тон­кого поверхностного слоя ее в забое скважины от высокотемпературной (до 3200 °С) струи газов, выходящей из сопла горелки рабочего инстру­мента со сверхзвуковой скоростью (около 2000 м/с). В результате терми­ческих напряжений от расширения порода в этом слое разрушается и, от­деляясь от массива, струей газов выносится из скважины.

Для создания такой температуры используется горючее - керосин или дизельное топливо и окислители - кислород, азотная кислота или сжатый воздух. Горючее и окислители из баков, смонтированных на станке, подаются по трубопроводам через штангу к горелке, где они сме­шиваются в камере сгорания. При кислородном окислителе горелка имеет два или три сопла, при воздушном окислителе - одно. Охлажде­ние каждой горелки осуществляется водой.

Бурение скважины производится без наращивания штанги, поэтому станок термического бурения имеет высокую мачту. Стойкость горелки составляет 80÷120 м.

Режим термического бурения зависит от температуры и скорости истечения газов, частоты вращения горелки, которая составляет обыч­но 10÷20 мин^-1, и расстояния между соплами горелки и поверхностью забоя скважины. Современные станки имеют автоматическую систему регулирования режима бурения, т. е. автоматическое поддержание оптимального расстояния между забоем и горелкой (в пределах 60-150 мм)и регулирование соотношения рабочих компонентов для создания оптимальных пара­метров струи.

Станки термического бурения позволяют бурить скважины разнообразной формы с расширением в любой плоскости и изменени­ем режима бурения, а также применять горелки со специальной гео­метрией.

Например, для расширения диаметра используют форсированные режимы с повышенным расходом горючего и окислителя, для образова­ния плоского заряда — специальные горелки без вращения.

Больший эффект достигается при бурении скважин минимального диаметра на полную глубину при максимальной скорости бурения и последующем разбуривании нижней части скважины (табл. II.7).

Таблица II.7

Рациональные скорости бурения и разбуривания (по Н. И. Ляхову)

Породы	Коэффициент крепости по М.М.Протодъ- яконову	Скорость бурения, мм/ч	Скорость разбури- вания, м/ч	Диаметр расширен- ной скважины, мм
Магнетитовые роговики монолитные	18-20	12	13	395
Гематито-магнетитовые роговики тонкополосчатые со слабой трещиноватостью	18-20	10	13	364
Магнетитовые и гематито-магнетитовые роговики средней и выше средней тре- щиноватости	18	8	13	314
Магнетито-карбонатные роговики сильнотрещиноватые	16	6	14	280
Карбонатно-силикатно-магнетитовые роговики трещиноватые с прослойками сланца	16	4	15	247

За рубежом станки термического бурения применяют в основном в США. В качестве горючих компонентов используют керосин и кисло­род или бензин и сжатый воздух.

Рабочий орган станка огневого бурения состоит из реактивной горелки, буровой штанги и подводящего устройства.

Конструкция горелки показана на рис. II.9. Через форсунку 1 смесь распыленного керосина и газообразного кислорода поступает в камеру сгорания 2. Образовавшиеся внутри камеры сгорания газообразные продукты выбрасываютсясо скоростью 1800-2000 м/с через сопло 3в виде огненных струй.

Таблица II.6

Техническая характеристика станков огневого бурения

Показатели	Станки
	СБО-1 (СБО-1Б)	СБО-2 (СБО-160/20)
Диаметр скважины, мм	250	200
Максимальный диаметр расширенной скважины, мм	400	500
Глубина бурения, м	19	20
Частота вращения горелки, об/мин	6-30,4	3,8-38
Рабочая скорость подъема и опускания горелки, м/ч	1,9-14,4	3,9-39
Наружный диаметр горелки, мм	145	135
Установленная мощность электродвигателей, кВт	80	111
Скорость передвижения станка, км/ч	0,6	0,6
Средний расход рабочих компонентов: кислорода, м3/ч керосина, кг/ч воды, м3/ч	240 125 3,6	350 150 3,5
Масса станка, т	40	43
Коэффициент крепости буримых пород	16-20	16-20

О бычно применяют горелки с тремя эксцентрично расположенными соплами. Температура газов в камере сгорания достигает 2500-3500 °С. Для охлаждения горелки в корпусе ее имеются каналы 4 в которые поступает вода, выходящая наружу через отверстия 5.Горелка при помощи переходника 6 соединяется с буровой штангой из толстостенной цельнотянутой трубы. Внутри штанги размещены трубопроводы для подвода к горелке кислорода, керосина и воды.

Рис.II.9. Схема реактивной горелки

Скорость бурения зависит от свойств массива и режимов бурения и достигает 10-12 м/ч.

Эффективно применение комбинированного термического и механического способов разрушения, используемых в двух вариантах.Шарошечные или ударно-вращательные станки вначале бурят сква­жины малого диаметра, которые затем расширяются огневой горелкой, смонтированной на станке. Вторая конструкция предусматривает применение в буровом инструменте горелки, которая предназначена для нагре­ва породы, и шарошки, которая легче разрушает породу, находящуюся после нагрева в термическом напряжении.

На Лебединском ГОКе используется станок комбинированного бурения СБШ-250 МНР, который позволяет после бурения скважины диаметром 250 мм расширять ее нижнюю часть горелкой огневого буре­ния до 600 мм.

К достоинствам огневого способа бурения скважин относятся: высокая производительность бурения в крепких и весьма крепких горных породах, отсутствие разрушающего инструмента, возможность расширения скважин, возможность автоматизации управления процессом бурения.

К недостаткам станков термического бурения следует отнести высокие затраты на бурение из-за большого расхода горючих компонентов: на 1м скважины требуется 50÷70м³ кислорода и 15÷20кг керосина, сложность оборудования, возможность использования только в определенных породах.

Указанные недостатки явились основной причиной ограниченного применения станков данного типа для бурения технологических взрывных скважин на карьерах.