Буровое оборудование и особенности способов бурения

Для разведки и исследования свойств грунтов, а также для производства взрывных работ в карьерах полезных ископаемых производят бурение в породе цилиндрических каналов - шпуров (диаметром до 75 мм и глубиной до 9 метров) и скважин (диаметром более 75 мм). Бурение ведут следующими способами:

1) ударным или ударно-поворотным;

2) вращательным.

 

При ударном (ударно-поворотном) способе бурения разрушение породы производится буром, по которому наносят удары, или при помощи долота, падающего в буровую скважину с некоторой высоты. Рабочая часть бура имеет обычно форму клина с одним лезвием и называется долотчатой головкой; под действием силы удара бурового оборудования лезвие головки внедряется в породу и раздробляет ее. Для придания шпуру или скважине правильной цилиндрической формы и равномерного разрушения породы по всей длине бур с головкой или долото после каждого удара поворачивают на 20 – 40 градусов. При вращательном бурении разрушение породы резцом происходит за счет одновременного действия осевого и окружного усилий, передаваемых через буровые штанги от двигателя. Вращательное бурение, как правило, эффективнее ударного, так как оно носит непрерывный характер; кроме того, при этом способе разрушение породы происходит главным образом за счет скалывания, а не дробления, при котором сопротивление породы больше. Применение вращательного способа повышает производительность бурения в 2 - 2,5 раза. Недостаток вращательного бурения заключается в необходимости преодоления значительных сил трения, что ведет к быстрому затуплению резцов. Гидравлическое нажатие на сверло с усилием порядка 10 - 15 тонн позволяет применять вращательное бурение даже для разработки крепких пород и давать при работе мощными станками (весом в 60 - 80 тонн) до 120 - 180 погонных метров в смену. Для бурения шпуров обычно пользуются энергией сжатого воздуха; применяемые для этой цели бурильные молотки ударно-поворотного действия (перфораторы). Для бурения скважин на открытых работах применяют станки канатно-ударного и вращательного бурения, приводимые в действие чаще всего электродвигателями.

 

Станки вращательного бурения

Преимущества станков вращательного бурения: 1) высокая производительность по сравнению со станками канатно-ударного бурения; 2) возможность бурения горизонтальных и наклонных скважин; 3) малый вес, простота обслуживания и отсутствие необходимости в промывке скважины. Современный самоходный станок буровой вращательного бурения на глубину до 25 метров устроен следующим образом: основанием станка служат трубчатые полозья с ребрами жесткости, на которых укреплена рама, состоящая из двух вертикальных стоек-направляющих и раскосов - боковых и продольных. По стойкам перемещается при помощи подъемного механизма - лебедки рама подвески, на которой расположен электродвигатель с редуктором, снижающим число оборотов с 1460 (электродвигатель) до 220 (буровой инструмент). К валу редуктора крепятся буровые штанги с буровым инструментом (резцом). Управление станком кнопочное. Кинематическая схема станка следующая. Буровой инструмент получает вращение от электродвигателя через две пары зубчатых шестерен. Подъем инструмента осуществляется лебедкой через полиспаст. Лебедка приводится от электродвигателя через трехступенчатый редуктор, с вала которого посредством цепной передачи вращение передается коленчатому валу и механизма передвижения (шагающий механизм кривошипного типа).

 

Станки вращательного бурения рассчитаны на бурение скважин диаметром до 300 мм. Мощность электродвигателя для механизма бурения 10 кВт, для подъема бурового инструмента и передвижения станка - 3 кВт. При вращательном бурении разрушение породы производится резцом из быстрорежущей стали или из обычной углеродистой стали, с напаянной пластинкой из твердого сплава; резец укрепляется на буровой штанге из витой ромбической или полосовой стали. Скорости бурения в 3 - 4 раза превышают скорости бурения станками канатно-ударного бурения. Применяемое в последних конструкциях станков вращательного бурения гидравлическое нажатие на буровой инструмент, а также возможность изменения числа оборотов бурового инструмента за счет применения электропривода позволяет на этих станках выбирать наилучший режим бурения для каждой категории пород.