1 Классификация буровых машин и оборудования.

По назначению бурильные машины делятся на машины для образования шпуров по углю и горным породам и для проведения скважин различного назначения — разведочных, сбоечных, венти­ляционных, дренажных, дегазационных и др. Шпурами принято называть цилиндрические полости, выполнен­ные в горной породе, глубиной до 5 м при диаметре до 75 мм. Шпу­ры большего диаметра называют скважинами, а длиной более 5 м — глубокими скважинами. Бурильные машины, кроме того, классифицируют по способу разрушения горной породы, роду потребляемой энергии. По первому признаку их подразделяют на машины с механиче­ским, физическим и комбинированным способами разрушения породы, по роду потребляемой энергии — на электрические, пнев­матические, гидравлические и комбинированные.

Вращательное бурение (рис. IV.34, б) характеризуется тем, что резец под воздействием осевого усилия подачи F,,_c и крутя­щего момента М_КР движется поступательно на забой, отделяя по винтовой линии срез толщиной h. Ударные нагрузки при этом от­сутствуют. Разрушение породы может осуществляться резанием, смятием и раздавливанием. Удаление продуктов бурения из шпура или скважины производится с помощью витых штанг или шнеков, сжатого воздуха и воды. К бурильным машинам вращательного действия относятся ручные и телескопные сверла, бурильные станки, длинноходовые бурильные машины вращательного действия, буросбоечные и буро-шнековые машины. Область их применения — малоабразивные породы с коэффициентом крепости до f = 6 ÷ 8, а при оснащении рабочего инструмента алмазами — крепкие и очень крепкие по­роды (f >10). При вращательном бурении различают бурение сплошным забоем, когда порода разрушается по всей его площади, и кольце­вым забоем, когда в центре забоя шпура (скважины) остается колонка (керн) неразрушенной породы. Преимущества вращатель­ного бурения: непрерывность процесса, обеспечивающая высокую производительность; разрушение породы крупным срезом, что уменьшает пылеобразование и удельные энергозатраты; отсутствие вибрации машин при работе. К недостаткам следует отнести огра­ниченную область применения по крепости горных пород. ^ Ударно-вращательное бурение (рис. IV.34, в) можно рассма­тривать как ударное с непрерывным вращением инструмента. Разрушение породы происходит под действием большой ударной нагрузки F_уд, передаваемой клиновидному инструменту (долоту), постоянно прижатому к забою с относительно небольшим осевым усилием F_оc при непрерывном вращении инструмента под воздей­ствием небольшого крутящего момента М_кр, достаточного для того, чтобы производить зачистку шпура (или скважины) от разру­шенной породы и срезать небольшую часть ее, слабо связанную с массивом. Этот способ бурения реализован в буровых агрегатах, приме­няемых в рудной промышленности при бурении скважин диаме­тром 85—150 мм и глубиной до 70 м в крепких и абразивных поро­дах (f = 8 ÷20). ^ Вращательно-ударное бурение (рис. IV.34, г). Разрушение породы происходит под воздействием значительных по величине осевой нагрузки F_oc, ударной F_yjr, а также крутящего момента М_КР. При таком сочетании усилий основная часть энергии затрачивается на разрушение породы резанием, а ударная нагрузка увеличивает глубину внедрения резца. Область применения — неабразивные породы с коэффициентом крепости f = 6 ÷ 14. Этот способ бурения реализован в основном на тяжелых буриль­ных машинах для бурения шпуров и скважин диаметром до 100 мм. ^ Огневой (термический) способ бурения из всех физических способов получил наибольшее распространение и применяется для прожигания скважин диаметром до 300 мм и глубиной до 30 м. Разрушение породы происходит за счет термонапряжений, воз­никающих при ее нагреве высокотемпературными газовыми стру­ями (2000—2500 °С), вылетающими из сопел горелки со скоростью до 2000 м/с. Под действием этих напряжений тонкий слой породы растрескивается и под механическим воздействием газовых струй разрушается на мелкие частицы, которые транспортируются из скважин паро-газовой смесью. Наиболее эффективной областью применения являются породы, имеющие кремнистое основание, или породы с низким коэффициентом теплопроводности, которые растрескиваются раньше, чем начинается их плавление. ^ Ультразвуковой способ бурения основывается на принципе совместного воздействия на горную породу высокочастотных уль­тразвуковых колебаний, накладываемых на инструмент, и кавитационного эффекта промывочной жидкости. ^ Гидравлический способ бурения основан на действии струй воды небольшого диаметра (0,8—1 мм), подаваемой на забой под высоким давлением (до 200 МПа) и со сверхзвуковой скоростью. ^ Электрогидравлический способ бурения осуществляется пода­чей высокого напряжения на контакты электрической цепи, рас­положенные на забое скважины, заполненной водой. При этом происходит пробой межэлектродного промежутка с образованием газового канала в месте пробоя. Давление в искровом канале в за­висимости от параметров разрядного контура достигает 600–1500 МПа. Расположение искрового канала в непосредственной близости от породы приводит к ее разрушению. Ультразвуковой, гидравлические и электрогидравлический спо­собы бурения в настоящее время находятся в стадии теоретических и экспериментальных исследований и в промышленности не при­меняются. К физическому способу относится также взрывобурение, ко­торое может осуществляться с помощью патронов жидких или твердых взрывчатых веществ, а также струйным способом. В первом случае в промывочному жидкость, циркулирующую по спущенным до забоя скважины трубам, с определенной частотой подаются патроны с жидким или твердым ВВ, взрывающиеся от удара в забой. Во втором случае по специальным трубкам из емкостей к дозирующим приспособлениям забойного взрывобура поступают жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель), ко­торые затем подаются на забой и с помощью инициатора (сплава калия и натрия) взрываются. Взрывобурение в настоящее время находится в стадии проверки. ^ Термомеханическое бурение относится к комбинированному способу разрушения горной породы. Сущность способа заклю­чается в том, что с помощью высокотемпературных газовых струй в поверхностном слое забоя скважины создается предварительное напряженное состояние, благодаря которому значительно облег­чается последующее разрушение породы механическим воздей­ствием (шарошечным долотом или другим буровым инструментом). Производительность станков термомеханического бурения на 30— 50% выше по сравнению с чисто шарошечным бурением.