Назначение и способы бурения

Назначение и способы бурения

Бурение на строительстве применяют для образования в грунте скважин, шпуров и шурфов. Скважины диаметром 75—350 мм и более бурят на различную глубину для инженерно-геологических изысканий, добычи или понижения уровня грунтовых вод, производства взрывных работ, устройства набивных свай и др. Шпуры диаметром 30—75 мм и глубиной до 5—6 м бурят для инженерно-геологической разведки грунтов, при производстве взрывных работ и разработки мерзлых грунтов. Шурфы диаметром более 500 мм и глубиной до 3—3,5 м устраивают при исследовании грунтов и производстве взрывных работ. Скважины и шпуры могут быть вертикальные, наклонные и горизонтальные. В конструкциях зданий и сооружений скважины и шпуры служат для размещения взрывчатых веществ. Верхнюю часть скважины (шпура) называют устьем, дно — забоем.

Трудность бурения — буримость характеризуется сопротивлением породы прониканию бурового инструмента. Ее выражают временем (в минутах) чистого бурения 1 м шпура или скважины данным видом машины или станка, которое определяют пробным бурением в данных условиях. Основные способы бурения: ударное, ударно-канатное, вращательное, ударно-вращательное и вибрационное; начинают применять термический, электрогидравлический и ультразвуковой способы бурения.

Для ударного бурения, выполняемого станками и пневматическими молотковыми перфораторами, применяют рабочий инструмент— долото в виде двустороннего клина с различными углами приострения (большими для- крепких пород). При ударе долотом порода разрушаемой, образуя лунки. При укреплении долота на трубчатой штанге бурение называется штанговым. Наиболее эффективно бурить шпуры и скважины диаметром 19—70 мм и глубиной 5—12 м пневматическими молотковыми перфораторами. Рабочий инструмент—бур, состоящий из штанги с головкой (коронкой) и хвостовика, наносит удары в процессе поступательно-возвратных движений с поворотом на небольшой угол (при движении вверх) по отношению к своей оси. Штангу необходимой длины присоединяют к хвостовику. Сжатый воздух, поступая по шлангу от компрессора, попадает в верхнюю часть цилиндра перфоратора, давит на поршень и шток, наносит удары по хвостовику бура. Для пневматического бурения используются буры, закаленные углеродистой сталью; армированные твердыми сплавами; со съемными коронками; армированные сверх твердыми сплавами и составные для штангового бурения.

В зависимости от крепости буримой породы применяют следующие виды коронок: однодолотчатые — для бурения мягких и средней крепости нетрещиноватых пород; двухдолотчатые — для бурения трещиноватых и вязких пород; крестовые и звездообразные; Х-образные и Z-образные для бурения крепких и весьма крепких пород. Составные буры применяют для штангового бурения шпуров глубже 5 м. Они представляют собой свинчивающийся комплект, состоящий из короткого бура с головкой, штанг, хвостовика и соединительных муфт. Перфораторы, для бурения с промывкой имеют приспособление для подачи воды в шпур через осевой канал поршня штока и канал бура. При сухом бурении сжатый воздух через каналы цилиндра, зазоры в поршне и осевой канал направляется в забой шпура и выдувает буровую пыль. Бурение легкими ручными перфораторами ведут с руки. Для тяжелых ручных перфораторов при бурении горизонтальных и наклонных шпуров существуют поддерживающие устройства.

Телескопные перфораторы предназначены для подземных работ и для бурения шпуров, направленных вверх.

Назначение и способы бурения

Колонковые перфораторы типа К1ТД-4 служат для бурения горизонтальных и слабонаклонных шпуров в крепких породах. Их устанавливают на специальных тележках, каретках и монтируют на тракторах и реже на вышках и треногах.

Передвижная установка УБШ-1, смонтированная на тракторе С-100, состоит из двух перфораторов КЦМ-4 и компрессора К-9; ею бурят в скальных породах шпуры диаметром 32 мм и глубиной 2,5 м со скоростью 270—380 мм/мин.

Ударно-канатное бурение скважин диаметром 300—900 мм и глубиной 300—500 м производят станками, смонтированными на автомобилях (или прицепах) и тракторах. До начала бурения подготовляют рабочую площадку для расположения станка, установки мачты и другого оборудования. Буровой снаряд состоит из канатного замка и ударной штанги с долотом, подвешенным на канате, наносящим удар по породе при падении снаряда. Схема ударно-канатного бурения показана ранее. При вращении шестерни ударного механизма от шестерни главного вала станка эксцентрично скрепленный с ней шатун получает качательное движение, а вместе с ним перемещается вверх и вниз балансирная рама с оттяжным роликом. Двигаясь вниз, ролик нажимает на канат, к которому прикреплен буровой снаряд 6. При движении ролика вверх канат на короткое время освобождается от ролика и буровой снаряд падает, нанося удар по поверхности породы. Из схемы видно, что канат идет через блок мачты под оттяжной ролик, направляющий ролик, и закрепляется на барабане. Некоторые станки ударно-канатного бурения оборудованы талями для подъема оборудования, обсадных труб и т. д. В комплект входят аварийный и ловильный инструменты, используемые для ликвидации обрыва каната, а также извлечения из скважины попавших в нее предметов.

В зависимости от диаметра скважины и крепости разбуриваемой породы применяют долота с различными формами лезвий: зубильной, копыто- и крестообразной. Лезвия крестообразной формы пригодны в трещиноватых породах. Долота применяют различных диаметров для получения скважины переменного сечения от начального — большего к конечному — меньшему. Для равномерного разрушения породы и получения скважины цилиндрической формы долото при движении вверх при раскручивании каната поворачивается применением самовращающегося канатного замка, внутри которого во втулке закреплен конец каната. При ударе долота о забой втулка свободно поворачивается, позволяя канату скручиваться, а при подъеме долота остается неподвижной и канат раскручивается. В процессе бурения в скважину периодически подливают воду, и разрушенная порода в виде шлама извлекается желонкой — трубой, имеющей полусферический клапан с хвостовиком, который упирается в забой и открывает клапан для забора шлама; при подъеме желонка закрывается.

Бурение начинают на предварительно спланированной площадке с забуривания скважины при замедленных ударах на глубину 1—1,2 м. Для этого над устьем скважины в выкопанной лунке при помощи желоночного или талевого каната устанавливают направляющую трубу, затем через нее опускают снаряд для забуривания. Эту трубу извлекают после того, как головка долота, опущенного в забуренную скважину, не поднимается выше устья скважины. Дальнейшее бурение ведут при1 достаточном натяжении каната; количество ударов и высота подъема снаряда зависят от прочности породы. Твердые породы бурят тяжелым снарядом с небольшим количеством ударов и при небольшой высоте подъема, а мягкие — снарядом небольшого веса при большей высоте подъема и меньшем количестве ударов. В современных станках наибольшая высота подъема снаряда находится в пределах 0,7—1 м, наименьшая — 0,35—0,5 м; в среднем делается 45—50 ударов в 1 мин. При бурении слабых грунтов по мере проходки в скважину опускают обсадные трубы, забиваемые болванкой. Неглубокие скважины (10—50 м) небольшого диаметра бурят легкими станками, смонтированными на автомобилях, мотоциклах или прицепах.