Горные выработки, искусственные сооружения, образуемые в земной коре в результате горных работ. Различают Г. в. разведочные (для поисков и разведки полезных ископаемых) и эксплуатационные (для разработки месторождения). Г. в. бывают открытые (находящиеся на земной поверхности) и подземные (в толще Земли). Залежь, покрытая наносами небольшой мощности, может быть выработана при помощи открытых Г. в. (траншей, канав). Для разработки глубоко расположенных залежей проводят подземные Г. в., которые по положению в пространстве могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными; они могут непосредственно сообщаться с поверхностью Земли или не иметь непосредственного выхода на поверхность. Камерами называется Г. в., имеющие значительные поперечные размеры по сравнению с их длиной, а очистными Г. в. — выработки, образующиеся в результате добывания полезного ископаемого. Поверхность, ограничивающая Г. в. и перемещающаяся в результате горных работ, носит название забоя. Поверхность горных пород, ограничивающая Г. в. сверху, называется кровлей, а снизу — почвой, или подошвой выработки. Форма сечения Г. в. зависит главным образом от рода крепи, характер которой в свою очередь определяется устойчивостью горных пород и сроком службы выработки. Размеры поперечного сечения Г. в. определяются технологическими требованиями в зависимости от назначения Г. в. (транспортировка грузов, проветривание, водоотлив и др.). К вертикальным подземным Г. в. относят шурфы, стволы шахтные, колодцы и гезенки. К горизонтальным подземным Г. в. — штольни, продольные (штреки), просеки, квершлаги, орты. Большинство горизонтальных Г. в. проводят с незначительным уклоном (0,004—0,005) в сторону движения грузов для облегчения транспортировки и обеспечения стока воды к шахтному водосборнику. К наклонным подземным Г. в. относят шурфы, шахтные стволы, бремсберги, скаты, уклоны, ходки, восстающие Г. в., печи и сбойки. Наклонные Г. в. первых двух видов имеют то же назначение и те же основные признаки, что и одноимённые вертикальные Г. в. К подземным Г. в. относят также и скважины — выработки круглого сечения, имеющие незначительный по сравнению с длиной диаметр и проходимые бурением.

Бурение шпуров и взрывные работы

Для проведения буровых скважин применяются различные способы бурения; выбор этих способов зависит от свойств проходимых скважиной пород, от назначения скважины, ее диаметра, а также и глубины. По своему назначению Б. подразделяется на разведочное и эксплоатационное. В зависимости от того, действует ли буровой инструмент на проходимые породы сверлением или ударами долота, различают вращательное и ударное Б., при чем то и другое может производиться ручным или механическим способом.

Процесс ударного Б. заключается в том, что буровое долото, имеющее обычно форму лопатки с заостренной нижней гранью и нагруженное для увеличения эффекта удара значительным весом, поднимают над забоем скважины на некоторую высоту и затем его быстро опускают. При этом ударе лезвие долота откалывает от забоя куски породы, которые при последующих ударах долота измельчаются и, смешиваясь с имеющейся в скважине водой, образуют буровую грязь. Для придания скважине правильной цилиндрической формы долото после каждого удара поворачивают вокруг вертикальной оси на нек-рый угол. Долото спускается в скважину на канате или на длинных (до 6 м) стержнях (буровых штангах), которые по мере углубления забоя наращиваются новыми, так что верхний конец последней буровой штанги всегда выступает из устья скважины. Между долотом и буровыми штангами для увеличения веса падающей части инструмента устанавливают тяжелую железную штангу (сечением до 150 мм в квадрате, длиною до 6 м и весом до 1,6 т). При ручном Б. неглубоких скважин малого диаметра рабочие приподымают долото руками при помощи рукоятки ключа, надеваемого на выступающий конец буровой штанги, или же веревкой, прикрепляемой к концу штанги и перекинутой через находящийся на некоторой высоте над землею ролик. При Б. более глубоких скважин выступающий над устьем конец штанги присоединяют к одному концу балансира, укрепленного на стойке у скважины, а другой конец приводят в движение вручную или двигателем (фиг. 1). По мере накопления буровой грязи на забое эффект удара долота ослабевает; поэтому необходимо время от времени удалять грязь с забоя. Для этого останавливают долбление, вынимают долото и спускают в скважину на буровых штангах или канате особый цилиндрический сосуд — желонку, которая и вычерпывает грязь. Этот способ ведения работ называется сухим бурением. Иногда размельченную породу очищают с забоя непрерывно во время самого процесса долбления. Для этого долото спускают в скважину на полых буровых штангах, через которые во время долбления накачивают на забой воду

или жидкий раствор глины; жидкость, выходя у забоя, смешивается с размельченной породой, поднимается по скважине вверх

и таким образом выносит размельченную породу на поверхность. Такой способ носит название Б. с промывкой забоя.

Если при ударном Б. на буровых штангах все штанги, на к-рых спущено в скважину долото, падают при каждом ударе вместе с долотом, то такой способ называется Б. на непрерывной штанге. В этом случае при ударе долота о забой все штанги испытывают сотрясение, подвергаются продольному изгибу, быстро приходят в негодность, ломаются и требуют л обильных работ по извлечению инструмента из скважины. Для предупреждения этого меяеду инструментом и штангами вводят особую подвижную часть, называемую раздвижной штангою, ножницами или я с о м; она устраняет передачу сотрясений штангам и позволяет держать колонну буровых штанг все время в подвешенном состоянии (канадский способ Б.). Во всех вышеуказанных случаях долото, подвешенное на буровых штангах к балансиру, связано с ним штангами, и потому скорость его при движении вниз для удара о забой зависит всецело от скорости движения балансира. Чтобы увеличить скорость падения долота на забой и тем усилить эффект удара, долото (с ударной штангой) освобождают в высшей точке его подъема от буровых штанг и тем дают ему возможность свободно падать на забой равномерно-ускоренным движением, при чем колонна буровых штанг опускается вниз со скоростью качания балансира, подхватывает инструмент с забоя и опять поднимает его в наивысшее положение над забоем. Приспособление, позволяющее проделывать все эти операции, называется ф р е й ф а л о м, самопадом, свободно падающим инструментом. Б. на буровых штангах называется ш т а н-г о в ы м Б., при чем при всех вышеуказанных способах Б. штанги м. б. сделаны из железа или дерева. Иногда буровые штанги заменяют пеньковым или стальным канатом круглого или плоского сечения; такой способ называется канатным бурением (пенсильванский способ).

При всех способах ударного бурения механизм, поднимающий долото над забоем, по-. мещается на поверхности земли, и потому для приведения долота в движение необходимо привести в движение всю колонну буровых штанг, на к-рых оно подвешено. Это вызывает излишнюю затрату энергии, вызывает поломки буровых штанг и ловильные

работы. Чтобы избежать этого, инж. Вольский предложил гидравлический таран, действующий ударом воды (гидравлич. удар), подаваемой по полым штангам к забою; А. М. Бенкендорф предложил электрич. таран, в котором использован соленоид.

Обычно лебедка для подъема и спуска инструментов и балансир конструируются в одну общую установку, приводимую в действие одним двигателем; такой механизм называется буровым станком.

Ручное вращательное бурение производится особыми инструментами—б у р а м и, имеющими форму пустотелого цилиндра с отогнутыми внутрь острыми режущими лопастями, или форму зубчатой коронки, или, наконец, форму улитки или штопора. Такой бур спускают в скважину и вращают на штангах вокруг вертикальной оси, отчего он под тяжестью собственного веса врезается в породу. При подъеме бур выносит размельченную породу. Скважины большого диаметра и глубины бурят механическим двигателем и вместо бура спускают на трубчатых штангах или обсадных трубах зубчатую коронку; последняя при вращении высверливает в породе колонки, к-рые по достижении известной высоты извлекаются на поверхность. Для очень твердых пород вместо стальной закаленной коронки применяют коронку со вставленными в нее алмазами. Размельченная такой коронкой порода выносится водой, накачиваемой через полые штанги. Этот способ называется алмазным. Б. Иногда алмазную коронку заменяют гладкой коронкой без зубьев, но на забой насыпают стальную дробь, к-рая при вращении коронки раздробляет породу. В последние 15—20 лет в Америке и в СССР на нефтяных промыслах получил особенное развитие вращательный способ Б. с промывкой забоя жидким раствором глины. При этом способе Б. для мягких и средней твердости пород применяют плоские долота, а для твердых—долота с дисками или шарошками. При вращательном Б. трубчатые буровые штанги, кроме продольного изгиба, сопротивляются еще и значительному скручивающему моменту, что крайне неблагоприятно отзывается на службе штанг и ведет к частым их поломкам. Для устранения этого недостатка вращательного Б.с промывкой забоя произведены попытки опускать в скважину неподвижные трубчатые штанги, снабженные в нижней части турбиной. Последняя приводится в движение жидкостью, накачиваемой в скважину. Эта турбина передает движение долоту. Примером такой установки может служить применяемый в последнее время на нефтяных промыслах СССР турбобур М. А. Капелюш-никова. Рабочей жидкостью в этом приборе служит глинистый раствор, накачиваемый в трубчатые штанги. Раствор после работы в турбине смешивается с породой, размельченной долотом, и выносит ее на поверхность земли.

При обычном вращательном Б. с промывкой забоя скважин больших диаметров и глубины вращение долота приводится располагаемым над устьем скважины специальным вращательным столом, или

вращателем. Последний входит в состав бурового станка, так же как и передаточные механизмы для спуска и подъема инструментов. Насосы для подачи в скважину промывочной жидкости обслуживаются или тем же двигателем или-—-чаще — особым, специально для них установленным.

При Б. скважин в малоустойчивых породах, в целях предохранения стенок от обвалов, что мешало бы дальнейш. углублению, а по окончании Б. эксплоатации скважин, стенки последней закрепляются обсадными трубами несколько меньшего диаметра, нежели сама скважина. При добыче рассолов применяют деревянные трубы, для артезианских вод—железные, иногда оцинкованные, в нефтяном деле—исключительно железные. Для неглубоких скважин малого диаметра применяют обыкновенные газовые трубы с муфтовым соединением на резьбе. Для более глубоких и большего диаметра скважин изготовляют специальные клепаные обсадные трубы с муфтовыми соединениями на заклепках или герметич. (американские), сварные или цельнотянутые, соединенные муфтами на резьбе. Клепаные обсадные трубы для нефтяных скважин изготовляются из листов котельного железа, толщиною 5, 6 и 8 мм (3/i6, 1U и 6/i6 дм.), при чем швы склепываются (вхолодную) в один или два ряда заклепками. Длина клепаных труб, применяемых в СССР, обычно равна 142 см (2 ар.), внутренний диаметр—200—1 300 мм (8—52 дм.). Трубы соединяются между собой наружными муфтами, шир. 300 мм, из такого же Железа, с заклепками впотай. Для ускорения спуска труб в скважину их заранее соединяют в колена из 2 или 3 труб. На нижний конец первой трубы в каждой колонне приклепывается стальное кольцо с острой режущей кромкой, называемое баш-маком. Отдельные колена труб при Б. склепываются между собой над устьем скважины. Главный недостаток клепаных труб— их негерметичность. Обсадные водонепроницаемые трубы, соединяемые между собой на резьбе, которые применяются в Союзе ССР, имеют диаметр от 100 до 600 лип (4—24 дм.), а длину от 2 до 6 ж.

Большую часть этих труб изготовляет Никополь-Мариупольский завод. Толщина стенки винтовых труб, в зависимости от испытываемого ими в скважине наружного давления, от 6,5 до 15 ли*. Нижний конец обсадных винтовых труб снабжается вместо башмака специальной башмачной трубой длиною от 400 мм до 2 л*, а толщиною ок. 19 мм. Обсадные трубы при постепенном наращивании и опускании вниз в процессе Б. в конце концов или останавливаются сами от трения о пройденные породы или их приходится останавливать по технич. соображениям. В этом случае в колонну обсадных труб в скважине спускается новая колонна меньшего диаметра. После остановки второй колонны спускается третья, и т. д. Таким образом крепление скважины получает телескопическую конструкцию.

Для спуска и подъема бурового инструмента, обсадных труб и желонки устраивают над устьем скважины, в случае бурения скважины небольшого диаметра и глубины,

достаточно высокую треногу, у вершины которой укрепляют ролик для каната и блок для талей. Для более глубоких скважин, при Б. которых приходится поднимать тяжелые грузы, устанавливают более прочное подъемное сооружение, носящее название копра, или буровой вышки, высотой от 40 до 20 м и меньше. Высота вышки подбирается так, чтобы между подвешенным к вершине (головке) вышки блоком и устьем скважины могли уместиться подвесной блок, подъемный крюк, рабочее звено буровых штанг, и еще долнжо оставаться небольшое свободное пространство для производства всех операций по свинчиванию и развинчиванию буровых штанг. При Б. на нефть в СССР и за границей применяют деревянные и железные буровые вышки, имеющие форму усеченной четырехгранной пирамиды.

Угловые стойки у деревянных вышек делаются или из целых бревен (бакинская вышка), или сколачиваются из отдельных досок (америк. вышка). Нижние концы угловых стоек упираются в углы основной рамы, имеющей форму квадрата; верхние концы их связаны рамой меньшего размера, к-рая служит основанием для установки на ней брусьев с подшипниками для роликов различного назначения. Над верхней рамой надстраивается небольшая будка для прикрытия роликов. Верхняя часть вышки, т. е. верхняя рама, с подшкивными брусьями и будкой, носит название головки вышки. С одной стороны вышки пристраивается сарай, одинаковой ширины с вышкой, т. н. откос, в котором помещаются буровой станок, подъемная лебедка, паровая машина, насосы и прочее оборудование. Двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели помещаются обычно в отдельной будке из несгораемого материала, устанавливаемой непосредственно за откосом вышки. Башня вышки, будка головки и откос обшиваются частью или полностью тесом, железом или огнестойкими материалами — этернитом, гипсолитом и др.

Постройка вышки для глубокого Б. на нефть ведется след. обр. Прежде всего на месте будущей скважины роется шурф или, как его называют в Баку, шахта, круглого сечения, диам. ок. 3—3,5 л» и глуб. 6—6,5 м. Для предупреждения обвалов стенок шахта обшивается досками, которые поддерживаются железными или сколоченными из досок кольцами. Вокруг шахты делается невысокая (1—1,5 м) насыпь под башню и откос вышки; назначение этой насыпи—поднять пол буровой вышки для стока воды, грязи и нефти. На насыпи вокруг шахты укладывается основная рама из брусьев сечением около 500 мм в квадрате и длиной до 7,5 м. Под раму в углах забивают предварительно по четыре сваи, соединенные насадками, или сооружают каменные столбы (фундаменты). Если строится бревенчатая вышка (бакинского типа), то угловыми стойками служат 4 круглых бревна, диаметром около 400 мм в верхнем комле. Эти стойки скрепляются 5 или 6 горизонтальн. поясами из бревен диаметром 200—250 мм. Между поясами устанавливаются кресты (раскосы) из таких же бревен. Верхние

концы стоек скрепляются квадратными венцами из брусьев толщиной 450x550 мм и длиною 2 м. На верхний венец укладывают подшкивные брусья 450x550 мм, на к-рых устанавливаются подшипники тартального шкива, подъемного и талевых роликов. Высота бревенчатой вышки обычно колеблется от 16 до 18 м. Такие вышки применялись для штангового Б. на бакинских промыслах и выдерживали нагрузку на головку вышки до 60 т. В настоящее время их заменили вышки америк. типа, выдерживающие нагрузку до 100 т (фиг. 2). Эти вышки строятся двух типов: для канатного и штангового ударного бурения—высотою 20—24 м и

для вращательного Б. с промывкой забоя глинистым раствором — высотой 32—40 м. Угловые стойки америк. вышек сколачиваются в виде желобов из двух досок, под прямым углом друг к другу. Постройка этих вышек начинается также укладкой основной рамы на угловых фундаментах; к последней прибиваются в углах с соответствующим уклоном первые доски, толщиною не меньше 70 мм, составляющие угловую стойку-желоб. Первые доски для желоба каждой стойки берут неодинаковой длины, для того чтобы стыки досок не приходились в одном месте. На уровне каждого стыка прибивают горизонтальные пояса, а последние скрепляются крестами; те и другие из досок толщиною 70 мм. Число поясов и крестов зависит от высоты вышки; для

25 м — 7 поясов, для 40 м — 17, включая верхний пояс. Для усиления вышки обыкновенно на первый желоб угловых стоек нашивают снаружи второй, а иногда и третий ряд досок. На верхних концах стоек снаружи и изнутри нашивают двойной пояс, на который укладывают верхний венец, а на него подшкивные брусья. Общее расположение подшкивных брусьев и всех роликов для вышки ударного бурения указано на фиг. 3. Снаружи вышки устраива-

ют лестницу до самого верха в виде обыкновенной стремянки или зигзагообразных маршей с площадками.

Буровые вышки американского типа для вращательного Б. имеют в Америке стандартную высоту 25, 29, 32, 37 и 40 м (84, 96, 106, 120 и 132 фт.). У нас обычно строится вышка высот, в 32 м. Такая вышка имеет шахту, подобную шахте для ударного бурения, но только ее пол закладывается бутом на цементе или бетонируется, т. к. он служит фундаментом, на котором во время бурения висят на хомутах колонны обсадных труб. Обычно на пол шахты укладывают два солидных деревянных бруса и на них уже опирают хомуты обсадных труб. В верхней части шахты, на уровне пола вышки, укладываются параллельно •друг другу и перпендикулярно к оси бурового станка 2 бруса 0,5x0,5 м одинаковой длины с брусьями рамы, т. н. шахтовые брусья, на которых укрепляется станина вращательного стола бурового станка.Основание вышки имеет размеры от 6x6 до 7,9x7,9 м. Размеры головки вышки---

1,8x1,8 или 2,1x2,1 м. Башня может выдержать нагрузку на головку до 120 т. В америк. вышках вместо деревянных подшкивн. брусьев иногда устанавливают на головке раму из двутавровых балок. Такая рама вместе с роликами называется кронблоком (фиг. 4). К кронблоку подвешивается талевой

блок. Для рабочего, обслуживающего вертлюг и тали при подъеме и спуске инструмента в скважину, устанавливается помост с перилами (полати) на высоте 11, 13, 18, 24 или 30 м от уровня пола, в зависимости от

высоты башни и длины применяемых буровых штанг. На брусья нижней рамы укладываются продольные балки и на них настилается пол из толстых досок с наклоном для стока грязи, воды и нефти. В том месте, где устанавливаются вынутые из скважин буровые штанги, пол д. б. укреплен от прогиба, для чего на него нашивают второй ряд досок; к полу прикрепляют железное корыто с нефтью, в которое и ставят концы штанг, чтобы предохранить их от загрязнения. Верхний конец штанг заводится за скобу, прикрепленную к одним из полатей. Иногда вышку снабжают вторым, «малым» откосом для установки в нем двух насосов, подающих в скважину глинистый раствор для промывки забоя.

В Америке, а в последнее время и в нефтепромышленных районах Союза вместо

деревян. вышек иногда устанавливаются железные вышки, которые по окончании буровых работ разбираются и переносятся в другое место (фиг. 5). В Америке получили распространение две системы железных буровых вышек: система Вудворта, из углового железа, и система Нейля, из стальных труб.

В вышках системы Вудворта ноги, пояса и раскосы изготовляются из углового железа, размером от 90x90x6 мм до 150х150х13лш, в зависимости от высоты вышки и рабочей нагрузки . Нижнее основание (рама) и головка вышки изготовляются из двутавровых балок и швеллеров. Размеры основания вышек от 6x6 до 8x8 м. Отдельные звенья ног вышки соединяются накладками из углового железа (для вышек легкого типа) или из котельного железа (для вышек тяжелого типа) на болтах, при чем эти лее накладки служат для присоединения к ним поясов и раскосов. Число болтов в каждом узле д. б. возможно меньше для ускорения сборки и разборки вышки. В последних конструкциях вышек число болтов в узле доведено до 6, так что на весь пояс требуется 24 болта. Высота башен из углового железа, принятых в Америке для вращательного Б,, колеблется от 18 до 37 м; рабочая нагрузка на них — от 27 до 135 m при коэффициенте безопасности 4. Общий вес всей железной конструкции вышки вместе с основанием колеблется от 4,2 до 16,2 т.

Буровые вышки из стальных труб делаются ординарные, двойные или тройные, в зависимости от нагрузки вышки. Ноги ординарной вышки состоят из одного ряда труб, соединенных в стык; ноги двойной—из двух, а тройной—из трех колонн труб, вставленных одна в другую, при чем стыки колонн располагаются в различных плоскостях. Звенья ног, поясов и раскосов соединяются при помощи зажимных муфт на болтах. Основание башни вышки, размером от 6x6

до 8x8 м, и головку делают из двутавровых балок и швеллеров, соединенных болтами. Ноги вышек собираются из стальных труб диаметром от 50 до 125 мм; высота вышек колеблется от 25 до 36 м; максимальная нагрузка при 4-кратном запасе прочности колеблется от 12 до 85 т, при общем весе железа в вышке от 8 до 16,5 т. Откосы железных вышек также делаются из углового железа или труб и собираются на болтах. Нижняя часть башни, стены и крыши откосов обшиваются обычно волнистым железом.

К группе сухого Б. относятся следующие системы: 1) зондирование, 2) ручное вращательное на сплошных штангах, 3) ударное на сплошных штангах, 4) ударное на канатах (пенсильванский способ).

Наиболее простым способом проведения неглубоких скважин малого диаметра является зондирование щупом. Щуп представляет собой круглый стержень диаметром от 10 до 16 мм и имеет на одном конце ушко для продевания рукоятки, а на другом—разведочную головку, снабженную продольными бороздами, карманами, ямками и т. п. для захватывания образцов породы. Щупом можно работать только в мягких породах. Он загоняется в породу до необходимой глубины надавливанием на стержень или ударами деревянным молотком, а затем повертывается вокруг оси; при этом карманы или борозды головки захватывают породу и выносят ее при подъеме щупа на поверхность. Комплект щупов состоит из 8 номеров, длиною от 1,5 до 11 м, при диам. головок от 32 до 16 мм и высоте от 50 до 90 мм, с 4 бороздами на каждой. Щупы загоняются последовательно, по порядку номеров, начиная с короткого и более толстого, при чем борозды разведочной головки должны быть перед загонкой тщательно прочищены.

ных штангах применяется в мягких и средней твердости породах; твердые пропластки проходят ударным способом. Вращательное Б. на сплошных штангах—наиболее простой и дешевый способ. Инструментами, непосредственно действующими на породу, при этой системе служат буры различных конструкций, спускаемые в скважину на штангах. Штанги вращают за рукоятку, продетую в ухо верхней штанги, или посредством ключей, надетых на верхнюю квадратную штангу. При вращении бур внедряется в породу, забирает в себя разрыхленные части ее и при подъеме выносит их на поверхность. В настоящее время наиболее часто применяются следующие буры: а) Американский тарелчатый бур (фиг. 6)—состоит из тарелки, трех режущих, слегка наклонных к горизонту перьев и трех вертикальных перьев. При вращении бура разрыхленная порода собирается на тарелку и при поднятии его выносится на поверхность. б) Бур Болькена (фиг. 7), иначе земляной бур, — изготовляется диам. до 0,6 м и служит для Б. неглубоких скважин. Для Б. в песках приделывают поверх тарелки невысокий цилиндр, куда песок и. соби-

рается. в) Ложка (фиг. 10), или резак,— представляет собой полузакрытый цилиндр, снабженный в нижней части режущим пером. г) Спиральный бур, или шпион (фиг. 9),—представляет собой полосу железа, закрученную в виде штопора, режущие нижние концы которого насталены. Этот бур пригоден для работы в различных глинах. д) Открытый бур (фиг. 8)—служит для Б. более глубоких скважин и представляет собой цилиндр из котельного железа с продольным вырезом d. Внизу цилиндр оканчивается одним или 2 режущими перьями с. Цилиндр прикреплен к вилке А, на головку которой

навинчиваются штанги, е) Закрытый бур (фиг. 11) для работы в плывунах и сыпучих песках,—представляет собой цилиндр (из котельного железа), к нижней части к-рого приклепаны две режущие лопасти С и клапан 6, посаженный на шарнире. При вращении бура порода разрыхляется перьями, поднимает клапан и входит в цилиндр бура. При подъеме бура клапан под тяжестью находящейся в буре породы закрывается, и порода выносится на поверхность. Этот способ применяется для бурения неглубоких

разведочных скважин. Он применялся до середины прошлого столетия на Пермских соляных промыслах для Б. рассоло-подъем-ных скважин, глубиною до 250 м. Б. велось на деревянных штангах особой коронкой, которая называлась желонкою и представляла собой цилиндр с зубчатым башмаком..