Бурение шпуров и скважин

Для разрушения скальных грунтов взрывчатые вещества укладывают на поверхность разрушаемой породы или вводят в породу В последнем случае для помещения зарядов взрывчатых веществ пробуривают шпуры или скважины. Шпуром называют канал круглого сечения диаметром до 75 мм длиной до 5 м, скважиной — канал любого диаметра глубиной более 5 м или любой глубины при диаметре более 75 мм.

Бурение бывает ударно-поворотное, вращательное и ударно- вращательное. Первое и второе применяют для крепких пород, не подвергающихся мятию; второе для вязких пород.

Ударно-поворотное бурение шпуров производят пневматическими машинами — перфораторами, приводимыми в действие сжатым воздухом. Воздух сжимают специальными машинами- компрессорами.

Компрессор всасывает атмосферный воздух, сжимает его и подает в воздухопроводную сеть, по которой воздух поступает в рабочие механизмы.

Пневматические перфораторы являются ударно-поворотными машинами. Перфораторы бывают поршневые и молотковые.

В поршневых перфораторах бур прикрепляют муфтой к концу штока поршня. Сжатый воздух приводит в движение поршень со штоком и присоединенным к нему буром. Поворачивает бур специальное устройство, приводимое в действие поршнем.

Бур ударами разрушает породу в шпуре, поворачиваясь после каждого удара на 10—15°. Разрушенная порода удаляется из шпура струей воды.

В молотковом перфораторе шток при движении ударяет о хвостовик бура, который передает удары на породу, дробя последнюю.

Пневматические перфораторы просты по конструкции и безопасны в работе. Их применяют для бурения шпуров диаметром до 75 мм в породах различной твердости.

Основным недостатком пневматических перфораторов является низкий коэффициент полезного действия пневматической установки. Это сильно повышает стоимость буровых работ.

Перфораторы весом до 20 кг относятся к легким; весом от 20 до 40 кг — к средним; более 40 кг — к тяжелым.

Бур, приводимый в действие перфоратором, представляет собой стальной стержень, внутри которого проходит продольный канал для подачи воды (сжатого воздуха) из перфоратора в шпур для промывания (продувания) последнего. Буры изготовляют из специальной буровой стали.

Применяемые формы головок буров зависят от крепости и строения породы.

Различают три основные формы головок бура: однодолотчатые, двухдолотчатые и крестообразные (рис. 137).

Рис. 137. Формы головок бура:
1 — однодолотчатая (а — отверстие для продувания;б — пластинка твердого сплава; в — угол приострения); 2 — двухдолотчатая; 3 — крестообразная; 4 — звездообразная; 5 — X-образная; 6 — Z-образная

Одно долотчатую форму головки бура применяют на породах средней крепости, не имеющих трещиноватости, поскольку при трещиноватости происходит заклинивание бура.

Головка крестообразной формы не имеет этих недостатков, но скорость бурения ею несколько сокращается. На слабых грунтах головка обволакивается породой и застревает.

Угол приострения (угол, под которым сходятся плоскости лезвия бура), в зависимости от крепости породы, изменяется в пределах от 70 до 120°. Чем выше крепость породы, тем больше должен быть угол приострения. Для армированных буров угол приострения около 110°.

Вращательное бурение, особенно при применении электробуров, эффективнее пневматического ударно-поворотного. Электрическая энергия дешевле пневматической; коэффициент полезного действия электробуров в несколько раз выше, чем пневматических перфораторов; работа бурильщиков значительно облегчается.

При вращательном бурении бур непрерывно вращается с одновременным поступательным движением. Буровая коронка под действием осевого давления погружается в породу и, вращаясь, скалывает ее тонкими слоями. Разрушенная порода непрерывно выбрасывается из шпура по винтовой поверхности бура, как по шнеку. Скорость проходки скважины зависит от скорости вращения бура и осевой нагрузки.
Сверло (бур) состоит из штанги и резца (рис. 138). На одном конце штанги имеется хвостовик, с противоположной — патрон. Патрон предназначен для прикрепления резца или для соединения с другой штангой. Соединение выполняют пальцем с шайбой и шплинтом.

Рис. 138. Сверло вращательного бурения:
1 — штанга; 2 — винтовая спираль; 3 — хвостовик; 4 — патрон; 5 — резец; 6 — палец; 7 — шайба; 8 — шплинт; 9 — перо (пластинка из твердого сплава)

Резец, имеющий два (для монолитных пород) или три (для трещиноватых) лезвия, изготовляют из прочной углеродистой стали, а лезвия — специального твердого сплава.

Электробуровой станок монтируют на салазках.

При ударно-вращательном бурении пневмоударник, к которому прикреплена коронка, непрерывно погружается в разрабатываемый шпур.

Характерной особенностью такого бурения является то, что удары по буру и его вращение производятся двумя самостоятельными механизмами.

Пневмоударник прикрепляют к пустотелой штанге, по которой подается воздух (или вода), иногда воздушно-водяная смесь. Во вращение штанга приводится специальным механизмом. Буровая мелочь выносится из скважин струей отработанного воздуха или потоком нагнетаемой в скважину воды.

Станков с погружными пневмоударниками имеется несколько типов.

Буровые коронки, применяемые при рассматриваемом способе бурения армируют твердым сплавом.

Для свободного поворота бура в шпуре и выхода бурового шлама при промывке шпура диаметр головки бура должен быть на 10—16 мм больше диаметра штанги бура, а диаметр шпура— на 2—3 мм больше диаметра заряда.

Расчетная длина Lб одного бура

,                        (57)

где    — рабочий уровень воды над проектным;

— проектная глубина;

— перебур для обеспечения проектной выработки после производства взрывных работ;

— длина бура, возвышающаяся над рабочим уровнем воды.

Например, если =230 см, =150 см, =100 см, =80 см, то Lб=230+150+100+80=560 см.

Если в распоряжении производителей работ будут буры длиной 550 см, то рабочий уровень, при котором возможно производство работ,

см.

По этому уровню определяют рабочий и нерабочий периоды.