§ 2. Бурение шпуров и скважин

Для бурения шпуров наиболее часто применяют перфораторы (пневматиче­ские отбойные молотки) и электросверла.

Рабочей частью перф ораторов (рис. IV. 1, а, в) являются долотчатый буровой инструмент, крестообразные и звездчатые буры и коронки. Форма и ма­териал бурового инструмента зависят от свойств (крепости, вязкости и т. п.) и трещиноватости грунтов.

Шпуры глубиной до 2,5 м и диаметром до 45 мм бурят ручными легкими (до 20 кг) и средними (до 25 кг) перфоратора­ми; глубиной более 2,5 м и диаметром 47...75 мм — тяжелыми (до 35 кг), уста­навливаемыми на специальных тележках или треногах.

Электросверла — легкие с руч­ной подачей и тяжелые с автоматиче­ской — применяют для вращательного бурения шпуров диаметром до 46 мм и глубиной до 5 м в породах различной

Рис. IV. 1. Оборудование и инструмент для бурения шпуров и скважин:

с — бурильный молоток (перфоратор ПР-30); б — ручное электросверло; в — формы головок бура; г — схема ручного термобура; д — буры ручные; е — самоходная установка колонкового бурения; ж — рабочие нако-, печники; / — рама; 2 — цилиндр; 3 — буродержатель; 4 — глушитель; 5 — поворотная рукоятка; 6 — воз-> душный шланг; 7 —■ патрубок; 8 — корпус; 9 — ручка; 10 — электрокабель;, 11 — патрон; 12 — крышка; \ 13 — сопло; 14 — камера сгорания; 15 — топливная трубка; 16 — щиток; П — труба; IS — воздушный I кран; 19 — манометр; 20 — топливный кран; 21 — топливный шланг; 22 — редукторный клапан; 23 — топлив-f Яый насос; 24 — топливный бак; 25 — ручной бур; 26 —■ йапарье-змеевик; 27 — напарье-желонка; 28 — кла-I пан; 29 — двигатель; 30 — насос; 31 — блок; 32 — мачта; 33 — трос; 34 — вертлюг; 35 — штаига; 36 — ро-I тор; 37 — буровой снаряд; 38 — коронка, армированная резцами из твердого сплава; 39 — то же, мелкими | алмазами; 40 — дробовая коронка; 41 — шарошечное долото; 42 «- крестовое долото; 43 — уступчатое до­лото

твердости. Рабочим органом любого свер­ла является сменный резец, укрепляе­мый на конце буровой штанги. При экс­плуатации ручного электросверла (рис. IV. 1, б) осевое давление создается за счет мускульной энергии бурильщика.

В мерзлых грунтах шпуры диаметром 50...70 мм и глубиной до 2 м можно бу­рить с применением горячего (60... ...90 °С) сжатого воздуха. Дляэто-го используют установку, состоящую из компрессора и калорифера. Горячий воз­дух размораживает грунт и выбрасывает его из шпура.

Для бурения шпуров в мягких и плот­ных грунтах на глубину до 3 м применяют также ручной способ. При этом пользуют­ся ручным буром-щупом (рис. IV. 1, д, 25), снабженным различными наконечниками.

Термический способ ис­пользуют для бурения очень крепких по­род кристаллической структуры. Ручны­ми термобурами (рис. IV. 1, г) бурят шпуры диаметром 60 мм и глубиной 1,5... ...2 м; передвижными станками термиче­ского бурения — шпуры и скважины диа­метром до 130 мм и глубиной до 20 м.

Рабочим инструментом является го­релка реактивного типа, в которую пода­ют смесь горючего, состоящего из кисло­рода (или воздуха) и керосина. Охлаж­дается горелка водой, которая под воз­действием высоких температур перехо­дит в пар, выносящий на поверхность продукты разрушения породы.

По производительности даже ручное термобурение в 3—8 раз эффективнее ме­ханического.

Бурение скважин производят ударным (удар но- канатным), удар но-вр ащатель-ным, вращательным и вибрационным способами.

Ударно-канатные буровые станки (БУ-20-2м, БУ-20-2у, БС-1м) используют только в разнородных и разнопрочных грунтах, а также для бурения разведоч­ных скважин при диаметре их 150... ...350 мм и глубине до 50 м. Из-за отсутст­вия резервов увеличения мощности и производительности эти станки для бу­рения взрывных скважин в однородных грунтах не применяются.

Станки с погружными пневмоударни-ками применяются для бурения скважин диаметром 100...200 мм и глубиной до 30 м только в труднобуримых и абра-

зивных скальных грунтах. Производи­тельность станков с погружными пневмо-ударниками 10...35 м/смену, а затраты в 1,5—2,5 рчза выше, чем при шарошеч­ном бурении. Станки конструктивно про­сты; возможно многошпиндельное буре­ние. Основные их недостатки — малая стойкость буровых коронок, низкая про­изводительность и большое пылеобразо-вание.

Станки шнекового бурения широко применяются для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 125... ...160 мм и глубиной до 25м в плотных и полускальных грунтах (аргиллите, мяг­ком известняке, мергеле и т. п.). Произ­водительность от 15 до 100 м/смену. Стан­ки просты в эксплуатации, при их работе обеспечиваются благоприятные санитар­но-гигиенические условия.

Для вращательного бурения скважин применяют самоходные бурильные и бу-рильно-крановые установки (рис. IV. 1, е). Бурильный инструмент входит в толщу породы вращательно-поступательным движением по направлению своей оси. Различают два способа вращательного бурения: колонковый и роторный. В станках колонкового и роторного буре­ния для очистки скважины и охлаждения бурового инструмента применяют гли­нистый раствор. Циркулируя в скважи­не, раствор проникает в буримую породу, что предотвращает обрушение стенок скважины, не имеющих обсадных труб.

При колонковом способе в нижней части бурового снаряда уста­навливают колонковую трубу, которую при помощи переходников соединяют с кольцевой коронкой, армированной рез­цами из твердых сплавов или алмазами (рис. IV. 1, ж, 38, 39). Сначала выбури­вают кольцевой забой, а остающийся не­тронутым столбик породы (керн) входит в колонковую трубу, вместе с которой его извлекают на поверхность. Иногда при колонковом бурении вместо армирован­ных применяют дробовые коронки (рис. IV. 1, ж, 40). В этом случае для разру­шения породы в забой скважины насы­пают чугунную или стальную дробь.

При роторном способе бу­рильные трубы вращает специальный вращатель-ротор, устанавливаемый не­посредственно над устьем скважины. Ротор имеет отверстие, через которое

пропущена ведущая штанга квадратного сечения. Для разрушения крепких пород при роторном бурении чаще всего приме­няют шарошечные (рис. IV. 1, ж, 41) и уступчатые долота (рис. IV. 1, ж, 43), которые разрабатывают грунт по всей площади забоя скважины. Шарошечные долота позволяют достичь высоких удельных давлений на забой, что повы­шает производительность и позволяет разрушать скальные породы.