Способы бурения шпуров. Достоинства и недостатки.

По способу разрушения горной породы — механическим, физическим и комбинированным способами разрушения. Наибольшее применение в современных горных машинах получил механический способ разрушения. При физическом способе на породу воздействуют газами, жидкостью, электрическим током, теплом и другими видами энергоносителя (к этому способу относят взрывное, термическое, ультразвуковое, гидравлическое и электрогидравлическое бурение). При комбинированном способе горную породу разрушают одновременно механическим и физическим способами.

При бурении шпуров или скважин механическим способом горная порода разрушается под действием внешних сил, передаваемых от бурильной машины буровому инструменту, а от него — непосредственно на породу в забое. При этом порода разрушается инструментом, который перемещается под действием осевой нагрузки (ударной или статической) и крутящего момента.

В зависимости от точек приложения и величин этих нагрузок различают четыре способа бурения: ударно-поворотный, вращательный и занимающие между ними промежуточное положение ударно-вращательный и вращательно-ударный.

Ударно-поворотное бурение характеризуется тем, что клиновидный инструмент внедряется в породу под действием значительной ударной нагрузки Р_у:1, направленной по оси инструмента. При этом осевое усилие Р_ос и крутящий момент М_кр очень малы. После каждого удара инструмент отскакивает от забоя шпура из-за упругости породы и инструмента, и последний поворачивается механизмом поворота на некоторый небольшой угол. р = 10-7-20". Вследствие этого каждый последующий удар наносится на новое место. Под действием ударной нагрузки порода под лезвием бура разрушается в виде борозд 1—1, 2—2, 3 — 3 к т. д. с толщиной среза Н. Остающиеся между бороздами целики породы скалываются под действием горизонтальной боковой составляющей Р₀,

где а — угол заострения бура, обычно а = 90-т-120°. Разрушенную породу удаляют из шпура или скважины промывкой, продувкой или пылеотсосом.

Основное преимущество ударно-поворотного способа бурения — возможность бурить породы любой крепости. К недостаткам следует отнести периодичность воздействия инструмента на породу, значительное пылеобразование, шум и вибрацию при работе. Ударно-поворотное бурение шпуров осуществляется посредством пневматических перфораторов.

Вращательное бурение характеризуется тем, что инструмент под действием значительного осевого усилия подачи и крутящего момента М_кр, двигаясь поступательно на забой, отделяет по винтовой линии срез толщиной Н. Ударные нагрузки отсутствуют. При вращательном бурении различают бурение сплошным забоем и кольцевым. В последнем случае в центре забоя скважины остается колонка (керн) не разрушенной породы.

Область рационального применения вращательного бурения — малоабразивные породы с коэффициентом крепости до 8 (здесь и далее по шкале проф. М. М. Протодьяконова). При более крепких породах инструмент, даже армированный твердым сплавом, быстро изнашивается. Применение инструмента с алмазами, закрепленными на режущих кромках, несколько расширяет эту область. Преимуществами вращательного бурения являются: непрерывность процесса разрушения горной породы, что обеспечивает высокую производительность; отсутствие ударных нагрузок и вибрации машины при работе; разрушение породы крупным срезом, что уменьшает пылеобразование и удельный расход энергии. Вращательное бурение получило широкое применение и осуществляется горными свёрлами и бурильными машинами различного назначения.

Ударно-вращательное бурение можно рассматривать как ударное бурение с непрерывным вращением инструмента.

Вращение инструмента и удар осуществляются независимо друг от друга. Порода разрушается под действием большой ударной нагрузки, осевого усилия Р_ос и крутящегося момента М_ир. Для ударно-вращательного бурения используются буровые агрегаты, применяемые для бурения скважин диаметром 80—150 мм,глубиной до 70 м в горных породах крепостью 8-20 (например, агрегат НКР-ЮОВ). В агрегате имеется пневмоударник, расположенный на конце бурового става, который подается в скважину и приводится во вращение при помощи станка, расположенного в горной выработке.

Вращательно-ударное бурение характеризуется тем, что порода разрушается под действием значительных по величине осевого усилия крутящего момента М_кр и дополнительной ударной нагрузки Р_я, наносимой в процессе бурения механизмом-ударником по хвостовику бурового инструмента ударная нагрузка увеличивает глубину внедрения инструмента в породу, что расширяет область применения вращательно ударного бурения при работе на неабразивных породах с коэффициентом крепости 6-4-14. Для вращательно-ударного бурения применяются длинноходовые бурильные машины, смонтированные на тележках.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: