30. Буровые машины и оборудование.

Бурение – процесс разрушения грунта с образованием в грунтовом массиве цилиндрических полостей. При диаметре до 75 мм и глубине до 9 м полости называют шпурами, при больших диаметре и глубине – скважинами. Начало скважины на поверхности грунтового массива называется устьем, дно – забоем, а боковая поверхность стенками.

По назначению бурильные машины делятся на машины для образования шпуров по углю и горным породам и для проведения скважин различного назначения — разведочных, сбоечных, венти­ляционных, дренажных, дегазационных и др.

Бурильные машины, кроме того, классифицируют по способу разрушения горной породы, роду потребляемой энергии.

По первому признаку их подразделяют на машины с механическим, физическим и комбинированным способами разрушения породы, по роду потребляемой энергии — на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.

При механическом способе разрушения осуществляется непосредственное воздействие специального бурового инструмента на разрушаемую породу. К этому способу относят ударно-поворотное, вращательное, ударно-вращательное и вращательно-ударное бурение.

При физическом способе разрушения на породу воздействуют газами, жидкостями, электрическим током, теплом или другими видами энергоносителя. К этому способу относят огневое (термическое), взрывное, ультразвуковое, гидравлическое и электрогидравлическое бурение.

При комбинированном способе разрушения на породу воздействуют с помощью механического и физического способов одновременно.

Ударно-поворотное бурение (рис. IV.34, а) характеризуется тем, что клиновидный инструмент внедряется в породу под действием кратковременной, но значительной по величине ударной нагрузки Fyд, направленной по оси инструмента. При этом осевое усилие прижатия инструмента Foc очень мало и обеспечивает только контакт инструмента с породой в момент удара. Крутящий момент MKР также очень мал. После каждого удара вследствие упругости породы и инструмента последний отскакивает от забоя и поворачивается механизмом поворота на некоторый угол β (рис. IV.35), обычно равный 10—20°. Под действием ударной нагрузки происходит разрушение породы под действием бура (борозды 1—1, 2—2 и 3—3) глубиной h и скалывание ее под действием горизонтальной составляющей F6.

Вращательное бурение (рис. IV.34, б) характеризуется тем, что резец под воздействием осевого усилия подачи F,,c и крутящего момента МКР движется поступательно на забой, отделяя по винтовой линии срез толщиной h. Ударные нагрузки при этом отсутствуют. Разрушение породы может осуществляться резанием, смятием и раздавливанием. Удаление продуктов бурения из шпура или скважины производится с помощью витых штанг или шнеков, сжатого воздуха и воды.

Ударно-вращательное бурение (рис. IV.34, в) можно рассматривать как ударное с непрерывным вращением инструмента. Разрушение породы происходит под действием большой ударной нагрузки Fуд, передаваемой клиновидному инструменту (долоту), постоянно прижатому к забою с относительно небольшим осевым усилием Fоc при непрерывном вращении инструмента под воздействием небольшого крутящего момента Мкр, достаточного для того, чтобы производить зачистку шпура (или скважины) от разрушенной породы и срезать небольшую часть ее, слабо связанную с массивом.

Вращательно-ударное бурение (рис. IV.34, г). Разрушение породы происходит под воздействием значительных по величине осевой нагрузки Foc, ударной Fyjr, а также крутящего момента МКР. При таком сочетании усилий основная часть энергии затрачивается на разрушение породы резанием, а ударная нагрузка увеличивает глубину внедрения резца. Область применения — неабразивные породы с коэффициентом крепости f = 6 ÷ 14.