Бурение шпуров и скважин

В зависимости от того, каким образом воздействует бур на породу, различают вращательное и ударное бурение.

1. Вращательное бурение шпуров и скважин как наиболее производительное получает широкое распространение на угольных карьерах.

При вращательном бурении резец сверла, вращаясь, с одновременной подачей вперед, срезает тонкие стружки породы в забое. Срезанная резцом сверла порода в виде буровой муки выдается из шпура винтовой поверхностью сверла.

Для бурения шпуров применяются ручные и колонковые электросверла.

В зависимости от крепости угля применяются следующие ручные электросверла: ЭБР-6 — для бурения шпуров по углю и мягким породам; ЭРПР-4 — для бурения шпуров в крепких углях и мягких породах и ЭРП-5 — для бурения шпуров в весьма крепких углях и в породах средней крепости.

Производительность ручных электросверл в смену составляет при резцах из углеродистой стали до 90 м, при резцах, хромированных победитом, — 120 м и больше. Для работы электросверлом необходимо иметь комплект сверл длиной 600, 1300, 2700, 3400 мм. Каждое сверло снабжается резцом.

Сверла изготовляются из ромбической или прямоугольной стали. Хорошие результаты при бурении дают сверла, изготовленные в виде шнеков. Производительность их по углю, благодаря хорошей выдаче шлама, выше в 1,5—2 раза сверл, изготовленных из ромбической стали.

Производительность сверла зависит от качества резцов, которые изготовляются из углеродистой стали и армируются пластинками победита марки ВК-8. Производительность бурения резцами, армированными победитом, в несколько раз выше неармированных резцов.

Техническая характеристика некоторых ручных электросверл приведена в табл. 26.

На проходке дренажных выработок часто применяются колонковые электросверла. Вес колонкового электросверла составляет 60—120 кг, мощность двигателя 2,5—2,7 квт.

Основными частями колонкового электросверла являются: колонка, электросверло, штепсельная муфта, соединяющаяся со сверлом гибким кабелем.

Электросверло устанавливается на раздвижной колонке, изготовленной из труб, входящих одна в другую.

Для бурения шпуров в разных направлениях поворачивают колонку вокруг вертикальной оси на распорных болтах, а также сверло в вертикальной плоскости в затворах хомута колонки. В колонковом электросверле помимо вращения бура производится подача его на забой.

Бурение вертикальных скважин по углю, а иногда и по некрепким породам на угольных карьерах осуществляется переносным станком вращательного бурения ПБС-110 (рис. 102) Карпинского завода. Он имеет простую конструкцию и обеспечивает производительность до 100 м в смену; станок предназначен для бурения скважин диаметром 110—125 мм и глубиной до 50 м. Основные части станка показаны на рис. 102, где 1 — полозья, 2 — поперечины с башмаками; 3 — две трубчатые стойки; 4 — подвеска; 5 — двигатель; 6 — редуктор; 7 — буревая штанга с резцом; 8 — ручная лебедка. Станок обслуживается тремя рабочими.

Сверло станка ПБС-110 представляет собой трубу, у которой на конце имеется резец. Вдоль трубы по винтовой линии приварено полосовое железо толщиной 4—5 мм, благодаря чему сверло имеет вид шнека. Сверло вставляется в редуктор и вращается со скоростью 200—300 об/мин.

Буровой инструмент станка ПБС-110 состоит из набора штанг — шнеков и нескольких резцов. Шнеки изготовляются из труб диаметром 50 мм, вокруг которых по спирали приварено полосовое железо толщиной 4—5 мм. Длина шнека около 2 м. Один конец штанги (трубы) имеет патрон, а другой — хвостовик, которые служат для соединения штанг друг с другом. Как в хвостовике, так и в патроне имеется отверстие, куда вставляется при соединении штанг соединительный палец, имеющий отверстие для шплинта.

Для большей износоустойчивости ребра спирали при бурении по породе наплавляются сталенитом.

Для бурения горизонтальных и наклонных скважин могут применяться станки вращательного бурения «Сибиряк», изготовляемые на Карпинском заводе (рис. 103).

Станок бурит скважины диаметром 150 мм и глубиной до 20 м. Производительность станка до 140 м в смену.

Техническая характеристика станка «Сибиряк» приведена в табл. 27.

В породах средней крепости применяют комбинированные станки ударно-канатного и вращательного бурения.

Комбинированный станок (рис. 104) представляет собой обычный станок ударно-канатного бурения, к мачте которого прикреплены направляющие, по которым перемещается электродвигатель с редуктором для вращательного бурения.

Переход с одного вида бурения на другой при применении комбинированного станка происходит за 8—10 мин., так как при вращательном бурении инструмент ударно-канатного бурения не снимается, а только отводится в сторону.

Для вращательного бурения станок снабжается комплектом спиральных штанг длиной до 2 м каждая и запасными резцами. Резцы армируются твердым сплавом.

2. Ударное бурение шпуров и скважин производится в крепких породах при помощи ударных бурильных машин, к которым относятся бурильные молотки и станки ударно-канатного бурения.

Ударные бурильные машины применяются главным образом для бурения шпуров в крепких породах подземных выработок, а также на открытых работах при разделке негабаритных глыб, превышающих размеры ковша. Бурение шпуров производится пневматическими бурильными молотками, работающими при помощи сжатого воздуха. Бурильные молотки бывают ручные, колонковые и телескопные.

Для бурения вертикальных и наклонных шпуров применяют ручные бурильные молотки весом от 16 до 27 кг, из них молотки весом до 20 кг считаются легкими, а больше 20 кг — тяжелыми.

Колонковые бурильные молотки применяют для бурения горизонтальных и слабо наклонных шпуров при проведении горизонтальных подземных выработок. Эти молотки имеют вес от 40 до 110 кг и устанавливаются на колонках.

В подземных работах для бурения шпуров, направленных вверх по породам средней крепости, используют телескопные бурильные молотки.

Бурильные молотки випускаются с ручной и автоматической подачей.

Техническая характеристика бурильных машин приведена в табл. 28.

Удаление буровой муки из шпуров. При бурении шпуров образуется буровая мука, которая удаляется из них при помощи воды или сжатого воздуха. Удаление буровой муки из шпура способствует увеличению скорости бурения и уменьшению расхода буров на 1 м шпура.

При промывке шпуров снабжение бурильной машины водой производится из бачка, поставленного у забоя. Вода, попадав в бурильный молоток, проходит в канал бура и затем в шпур: здесь она смешивается с буровой мукой и в виде грязи удаляется из шпура в процессе бурения. Удаление муки из шпура продуванием осуществляется сжатым воздухом, который поступает под поршень перфоратора и оттуда через осевой канал бура в шпур.

Подача сжатого воздуха для бурильных молотков. Сжатый воздух поступает в бурильные молотки от компрессора по воздухопроводу (трубам) под давлением 4,5—5 ат. Чем выше давление сжатого воздуха, тем производительнее работают бурильные молотки. Так, при повышении давления от 4,5 до 6 ат (на 33%) скорость бурения увеличивается ни 65%. Сжатый воздух к бурильным молоткам подводится резиновыми шлангами диаметром 19—25 мм и длиной 10—20 м.

3. Ударно-канатное бурение. При помощи станков ударноканатного бурения производится бурение скважин диаметром 150—250 мм в породах средней и выше средней крепости.

Ударно-канатное бурение широко применяется на угольных карьерах.

К основным достоинствам этого вида бурения скважин следует отнести:

1) возможность производства работ по породам любой крепости с относительно большой производительностью;

2) возможность проходки скважин практически любой глубины;

3) сравнительно простое управление работой станка при небольшом расходе электроэнергии.

На угольных карьерах получили широкое распространенно ударно-канатные станки «Уралец» БУ-2 (рис. 105) производства Коркинского завода. Станок БУ-2 характеризуется:

1) высокой производительностью — до 25 м/смену,

2) устойчивостью и незначительным удельным давлением:

3) маневренностью и достаточной прочностью:

4) безопасностью работы для обслуживающего персонала;

5) простотой управления;

6) возможностью регулировки числа ударов бурового снаряда. Станок БУ-2 монтирован на прочной станине с гусеничным ходом.

Основными частями ударно-канатного станка являются: рама, мачты, механическая часть, система передач, буровой снаряд и силовое оборудование.

Схема ударного механизма бурового станка приведена на рис. 106. По этой схеме зубчатое колесо 1 приводится во вращение от главной трансмиссии станка 2 и при помощи шатуна 3 сообщает качательные движения балансирной раме 4. При качании рамы оттяжной блок 5 оттягивает и опускает буровой канат 6; последний одним концом намотан на подъемную лебедку 7, а другим перекинут через головной блок 5 оттягивает и опускает станка 9 и присоединен к буровому снаряду 10. При этом буровой снаряд то поднимается над забоем скважины, то вновь на него падает. Вес бурового снаряда в современных мощных станках достигает 3 т. Снаряд при падении наносит удары по породе и разрушает ее. После каждого удара буровой снаряд поворачивается на некоторый угол, что обеспечивает равномерное разрушение породы по всей площади забоя скважины. При падении долота на забой скважины под его лезвием происходит раздробление породы.

Во время бурения в скважину подливается вода, которая с разрушенной породой образует шлам; последний выдается из скважины специальной желонкой.

Буровой снаряд станка состоит из долота, штанги и канатного замка. Долото является основной частью бурового снаряда. Оно изготовляется из стали. В зависимости от крепости и свойств буримых пород применяются зубильные (рис. 107), крестовые и фасонные долотья (рис. 108). Заправка долота производится на долотозаправочных станках.

Штанга (рис. 109) представляет собой массивный стержень, снабженный с одной стороны резьбовым патроном для присоединения долота, а с другой — резьбовым конусом для присоединения каната.

Канатный замок имеет внутри тела конусное отверстие, в которое укрепляется заправленный в форме груши конец бурового каната. Канатный замок служит для соединения со штангой.

Для ликвидации возможных аварий с буровым снарядом, в результате которых он остается в скважине, применяют специальные ловильные инструменты.

Техническая характеристика станков ударно-канатного бурения приведена в табл. 29.

Данные о работе ударно-канатных станков типа «Уралец» приведены в табл. 30.

На производительность станка ударно-канатного бурения в единицу чистого времени бурения влияют: 1) физические свойства породы, 2) вес бурового снаряда, 3) высота его падения, 4) число ударов станка в минуту, 5) форма долота, 6) качество заправки и закалки лезвия долота, 7) угол приострения долота, 3) состояние забоя скважины и 9) диаметр скважины.