Бурение скальных пород

Под буримостью скальных пород понимают скорость, с которой буровой инструмент внедряется в породу. Для размещения взрывчатых веществ (ВВ) в породе делают специальные углубления, называемые взрывными выработками (рис. 4.1.1).

В зависимости от размеров, конфигурации и назначения взрывные выработки подразделяют на шпуры, скважины, котловые шпуры и скважины, имеющие в основании уширение в виде котла, рукава - горизонтальные или слегка наклонённые выработки небольшого сечения (до 0, 4´ 0, 4 м), зарядные камеры - специальные углубления в форме куба или параллелепипеда для размещения больших зарядов ВВ и для улучшения условий забивки этих зарядов. Шурфы - вертикальные, штольни, рассечки - горизонтальные вспомогательные выработки, предназначенные для образования зарядных камер. Поперечные сечения шурфов 1, 0´ 1, 2 м, а штолен и рассечек 1, 0´ 1, 6 м позволяют производительно работать проходчикам. Шпуры и скважины бывают вертикальные, наклонные и горизонтальные.

Рис. 4.1.1. Взрывные выработки:
1- шпур; 2 - скважины; 3 - котловая скважина; 4 - шурф; 5 - рукав; 6 - штольня; 7 - рассечка; 8 - зарядные камеры

Процесс бурения состоит в разрушении породы и удалении измельченной породы из взрывной выработки. Бурение можно производить механическим и немеханическим способом. Из нескольких разновидностей механического способа бурения наибольшее распространение получили:

а) шарошечный;

б) пневмоударный;

в) перфораторный.

При шарошечном бурении разрушение породы достигается за счет смятия и скола каждым зубцом конусообразной шарошки при перекатывании вокруг оси шарошечного долота за счет сообщаемого осевого давления. Машина шарошечного бурения пробуривает скважины на глубину до 30 м диаметром в скальных грунтах до 140...150 мм, а в нескальных - до 350 мм. Угол бурения по отношению к вертикали от 0 до 90°. Эти машины монтируют на базе гусеничного трактора. Измельченную породу из выработки удаляют воздухом под давлением 50 Па. Расход воздуха составляет от 4, 5 до 9, 0 м³/мин. Производительность бурения составляет от 15 до 80 м в смену в зависимости от прочности скального грунта [3].

Пневмоударное и перфораторное бурение выполняют пневматическими машинами. Лучшие результаты при бурении достигаются при использовании пневмоударных машин, поскольку рабочий орган находится в конце штанги, у забоя, вследствие чего потери энергии удара практически не зависят от глубины погружения рабочего органа. Разрушение породы достигают главным образом за счет удара, энергия которого определяется большой скоростью движения поршня. Число ударов достигает 1500...3000 в минуту. Вращательные движения бура играют при разрушении породы второстепенную роль. Измельченную породу из выработок удаляют продувкой сжатым воздухом. Машину (станок) пневмоударного действия применяют там, где невозможно использовать машину шарошечного бурения, для установки которой требуется горизонтальная площадка шириной не менее 4...5 м. Станок пневмоударного бурения пробуривает шурфы и скважины диаметром до 105 мм и глубиной до 25...35 м. Производительность станка от 10 до 35 м в смену. Для упрощения передвижения станки устанавливают на салазки, гусеничную или колесную базу. Масса станка около 350 кг.

Перфоратор, являющийся рабочим органом, всегда остается на поверхности, а плоскость разрушаемой породы достигают увеличением длины штанги. За счет этого растут потери энергии удара. Перфораторы делят на ручные массой до 35 кг и станочные - более 35 кг. Все перфораторы работают совместно с компрессорами. Перфораторы обеспечивают глубину бурения до 1, 5 м, скорость бурения от 8 до 30 м/смену, диаметр пробуриваемых шпуров 40...45 мм.

Термическое бурение находит применение, главным образом, в породах, имеющих кремнистое основание. Для бурения применяют горелку реактивного типа, в которую подают смесь топлива, состоящую из керосина и кислорода. Горелку охлаждают водой, которая под действием высоких температур переходит в пар и выносит на поверхность разрушенную породу. Диаметр пробуриваемых скважин равен 120...500 мм, глубина бурения 8...20 м. Производительность установки - 6...8 м/ч. При этом расход керосина составляет 150 л, кислорода - 250 м³, воды - 3, 5 м³. При сгорании керосина выбрасывается струя газа с температурой 1600...2200°С под давлением 10 атм. и скоростью 1800...2000 м/с.

Рациональный способ бурения и выбор бурильного станка определяется технико-экономическими расчетами.