§ 6. Буріння шпурів

Загальні відомості. Гірничі роботи в породах середньої та високої міцності проводяться за допомогою підривання. Для раціонального розміщення ВР в породі (вибої) гірничої виробки бурять шпури за визначеною схемою. Шпуром називають пробурений у гірській породі канал циліндричної (або слабоконічної) форми завглибшки від 1 до 3 м, діаметром від 32 до 50 мм. Буріння шпурів взагалі здійснюється двома способами: ударним та обертальним. У першому випадку порода у вибої шпуру руйнується під ударами бурових інструментів — бурів. Після кожного удару по породі бур повертають на певний кут. Такий вид буріння часто називають ударно-обертальним, його здійснюють вручну або бурильними машинами — перфораторами. При оберталь­ному бурінні порода у вибої шпуру руйнується за допомогою інструментів, що ріжуть, стирають (різцями різального типу), дроблять (одно- та двошарошковими долотами). Тут придатні електросвердла та мотобури.

Ударне буріння шпурів застосовують у породах будь-якої міцності, найкраще — в породах IX—XX категорій, обертальне — в породах IV—IX категорій різцями різального типу, а в породах XVIII—XX категорій — шарошковими долотами. Перфоратори мають низький коефіцієнт корисної дії (0,1—0,15) та Деякі інші недоліки, але в них відносно проста конструкція та невелика вага,' що дає змогу широко використовувати їх на відкритих і підземних роботах.

При обертальному бурінні електросвердлами (ККД=0,6—0,7) відсутня віддача, значно зменшується пилоутворення. Обертальне буріння мотобурами не залежить від джерела споживання, широко застосовується у важкодоступних районах.

Ручне буріння шпурів має обмежене застосування: при невеликих обсягах робіт, у важкодоступних районах, за розкиданості робіт і відсутності електроенергії .

Ручне буріння. При ручному бурінні молотом ударяють по буру, який після кожного удару повертають на кут ЗО—45°. Залежно від кількості учасників процесу розрізняють одноручне та дворучне буріння (рис. 13). Шпури мають глибину до 1,5 м, а діаметр — до 35 мм.

Для ручного буріння за­стосовуються бури, молотки, ложечки-чистилки та кліщі (рис. 14).

Для буріння в щільних, порівняно м'яких породах за­стосовують долотчасту форму головки бура з закругленим лезом, у міцних породах — із прямим або ламаним.

Для буріння шпурів ко­ристуються комплектом бурів — набором бурів різної до­вжини та різних діаметрів.

Продуктивність буріння залежить від кута загострен­ня робочих лез головки бура. Лезом головки бура називають загострену її частину, а кут, що утворюється боковими площинами леза, які сходяться, називають кутом загострення головки бура. Чим міцніша порода, тим такий кут має бути більшим. Звичайно він приймається для порід середньої міцності рівним 70°, для міцних порід — 90°, дуже міцних — 100—110°, рідко — 120°.

Буріння пневматичними бурильними машинами (перфоратора­ми). За способом роботи й установки у вибої бурильні машини поділяються на три види:

1) ручні (рис. 15), що застосовуються в породах будь-якої міцності для буріння горизонтальних і похилих шпурів завглибшки 3—4 м. За масою вони поділяються на три групи: легкі — до 20 кг, середні — від 20 до 30 кг, важкі — більш як 30 кг. Ручні легкі та середньої маси перфоратори доцільно застосовувати при проходці горизонтальних і похилих (падаючих) виробок; перші — в м'яких породах, другі — в породах середньої міцності. Ручні важкі перфоратори в основному застосовуються при бурінні направлених шпурів при проходці стовбурів шахт у міцних породах;

2) телескопічні (рис. 16) застосовуються для буріння направлених догори шпурів, монтуються на розсувній пневматичній колонці, мають масу 25—50 кг;

3) колонкові (рис.17) — потужні, важкі перфоратори масою від 35 до 100 кг та більше, монтуються на спеціальній колонці, що встановлюється між грунтом і покрівлею або між стінками виробки.

Ручні бурильні перфоратори. Існують ручні бурильні перфоратори марок ОМ-506 Л, ПМ-507, ПР-30 К, ПР-30 ЛУ тощо. Принципово — це перфоратори ударної дії з автоматичним поворотом бура.

Для полегшення праці бурильників, особливо при бурінні шпурів, направлених угору, застосовують пневмопідтримники, автоподавачі тощо.

Пневмопідтримники. Пневматична підтриму-вальна розпірна колонка КПР-3 складається з циліндричної труби діаметром 60 мм. Всередині циліндра вміщується шток, на нижньому кінці якого є п'ята, що впирається в грунт виробки. Верхньою частиною шток з'єднаний із поршнем. Стиснене повітря крізь гумовий шланг і трійник подається одночасно до бурильного молотка та колонки. На колонці встановлено триходовий кран для регулювання подачі до неї стисненого повітря. Якщо рукоятка крана перебуває в першому положенні, до циліндра проходить повітря й колонка розсувається. При другому положенні рукоятки крана доступ повітря до колонки припиняється. Стиснене повітря, яке міститься в колонці, підтримує колонку з молотком у робочому стані. При третьому положенні повітря з циліндра вільно виходить назовні, а колонка опускається.

На бурових роботах застосовуються різні пневматичні підтримувальні колонки, які виготовляються з невеликими конструктивними відмін­ностями (УПП тощо), а також інші підтримувальні пристрої.

Автоподавачі. Пневматичні автоподавачі полегшують працю бурильника, збільшують зусилля та рівномірність подачі, дають змогу бурильникові працювати кількома молотками одночасно, що значно підвищує продуктивність. Найдосконалішими вважаються автоподавачі ВПК-1 (поршневого типу) та ПП-3 (роторного типу).

Види та конструкція бурів. Для буріння шпурів застосовують кілька типів бурів: загартовані; армовані твердими плавами; зі знімними головками з високоякісної (легованої) сталі; зі знімними головками, що армуються твердими сплавами. Бур будь-якої конструкції складається з головки, стержня, буртика й хвостовика. Хвостовик бура входить у поворотну муфту перфоратора, яка міститься в нижній частині. Він приймай удари поршня перфоратора, головка бура діє на породу та руйнує її в шпурі. Буртик слугує для обмеження довжини ходу хвостовика бура, стержень забезпечує необхідну довжину бура та передачу сили удару поршня перфоратора від хвостовика до головки бура.

Буріння електросвердлами. Електросвердла поділяються на ручні та колонкові

Бурові колонки використовують для навішування колонкових електросвердел і забезпечення маневрених операцій буріння шпурів у виробках із перерізом 1,8—2,7 м2. Колонки забезпечують роботу більш ефективних різців і долот в оптимальному режимі, підвищують швидкість буріння та розширюють область застосування електро-обертальаого способу буріння шпурів у породах середньої міцності та міцних.

Важливою перевагою шарошкових доліт перед різцями є постійна середня механічна швидкість буріння протягом усього періоду їх стійкості й відсутність потреби в заточуванні.

Буріння пневмопробивачами використовують для вибухових свердловин. Вперше вони були застосовані при розвідці розсипів. Основний обсяг пошуково-розвідувальних свердловин у пухких і м'яких породах виконується за обертальним, шнековим, ударно-за­бивним, повільно-обертальним і вібраційним способами. Найпродук­тивнішим способом при розвідці розсипів і родовищ будівельних матеріалів є вібраційне буріння, яке раціонально застосовується до глибини 15—25 м із використанням різних типів пневмопробивачів і амортизаційних приставок до них. Пневмопробивачі є різновидом пневмоударників, мають проміжне положення між ударно-забивним та вібраційним способами та відповідну аналогію до них. Вирізняються простотою будови й безвідмовністю в роботі, великою енергією поодинокого удару, який досягає 264,6 Н • м при невеликій частоті ударів (200—400 за хвилину).

Для буріння вертикальних свердловин використовують аморти­заційну приставку, що призначається для згладжування ударного імпульсу при рухові бойка вгору та зменшення реактивної дії енергоносія на корпус, наприклад, амортизаційну приставку ІП-4603 для буріння геологорозвідувальних свердловин за обертальним способом.

Стиснене повітря надходить до пневмопробивача крізь бурильні труби. Витягання керна з колонкової труби здійснюється за допомогою стисненого повітря, що надходить до верхньої частини перехідника колонкової труби, а також за допомогою вібрації, яка виникає при роботі пневмопробивача.

Техніка безпеки при бурінні шпур і в. При ручному бурінні шпурів слід дотримуватися безпеки ведення робіт певними заходами: а) при дворучному бурінні бурильник, що завдає ударів, перебуває на помості, забезпечуючи центровку й точність ударів; б) хвостовик бура має бути не розплюснутим, а завжди в заправленому стані; в) бурильникам слід мати рукавиці й працювати обов'язково в запобіжних окулярах.

При бурінні перфораторами необхідно дотримуватися відповідних заходів безпеки: а) колонки, підтримники, автоподавачі тощо міцно встановлюють і закріплюють; б) перед початком буріння перевіряють щільність і міцність приєднання шланга до перфоратора; в) забурку шпуру починають слабкими та нечастими ударами доти, доки головка бура в шпурі не набере стійкого положення; г) при бурінні на висоті застосовують запобіжні пояси; д) перфоратор не залишають вклю­ченим, при зупинці бур слід вийняти зі шпуру; є) працювати належить у запобіжних окулярах.