Глава 4. Машины и оборудование для буровзрывных и свайных работ

1. Способы бурения и область их применения

Бурение применяется в строительстве для выполнения раз­личных работ: закладки взрывчатых веществ при разрушении старых фундаментов, в инженерных изысканиях, для обеспечения водоснабжения, устройстве свайных фундаментов. Бурение — это процесс образования цилиндрических полостей в грунте, бетоне, кирпиче вследствие разрушения породы и ее извлечения из по­лости. Образованные бурением цилиндрические полости в зависи­мости от их диаметра подразделяют на шпуры и скважины. Шпур — полость диаметром до 75 мм, а скважина — полость диаметром более 75 мм.

Породы разрушаются рабочим органом (инструментом), приводимым в движение силовой установкой. Разрушенная поро­да (шлам) из нижней части полости (забоя) удаляется непосредст­венно рабочим органом, продувкой полости сжатым воздухом с промывкой водой или глинистым раствором.

Как конструкция рабочего органа, так и метод удаления шлама в значительной мере определяется способом бурения. Раз­личают механический и физический способы бурения.

К механическому относят вращательное, ударное и вибро- ударное бурение, а к физическому — термическое и гидравличе- ское.

Вращательное бурение основано на разрушении породы пу­тем ее резания и истирания резцом рабочего органа (бура), имею­щего одновременно вращательное и поступательное движение вдоль оси скважины. Скважины можно бурить в разных направ­лениях — вертикальном, горизонтальном и наклонном, что явля­ется достоинством способа. Он характеризуется и высокой произ­водительностью, так как процесс бурения происходит непрерывно.

Вращательный способ наиболее эффективен при бурении пород ниже средней прочности (а_сж <150 МПа), поскольку при бурении более прочных пород кромка резца не в состоянии ска­лывать стружки значительной толщины и разрушает породу ис­тиранием. Резец в этом случае быстро изнашивается, скорость бурения падает, а следовательно, уменьшается и производитель­ность.

Ударное бурение осуществляется подъемом и опусканием тяжелого инструмента — бурового долота, которое, нанося удары по разрабатываемой породе, разрушает ее. После каждого удара

9. Зак. 5186 долото поворачивается на некоторый угол относительно своей оси, и новые удары постепенно разрушают породу по всему сечению скважины, придавая ей круглую форму. Твердые породы при та­ком способе бурения раскалываются и дробятся, а мягкие — ре­жутся и сминаются. Использование удара позволяет создавать большие нагрузки в зоне контакта долота и породы, что способст­вует разрушению пород различной прочности. Однако при буре­нии пород ниже средней прочности ударное бурение уступает вращательному. Ударное бурение целесообразно применять для пород выше средней прочности (ст_сж >150 МПа).

Виброударное бурение сочетает ударный и вращательный способы бурения. Порода разрушается вращающимся рабочим ор­ганом, одновременно совершающим частые колебания вдоль своей вертикальной оси, чем достигается повышение скорости бурения. Как и ударное, виброударное бурение применяется при разработке прочных пород или при производстве работ в зимнее время.

Термическое бурение осуществляется огнеструйными горел­ками и высокотемпературными газовыми струями, воздействую­щими со сверхзвуковой скоростью на разрабатываемую породу. Порода при нагревании расширяется и, в результате возникнове­ния напряжений, растрескивается и разрушается. Этот способ применяется при разработке прочных пород с высокими абразив­ными свойствами.

Гидравлическое бурение основано на использовании энергии жидкости (воды), подаваемой в забой под давлением. Этот способ используется для бурения скважин в песчаных и глинистых грун­тах. При бурении скальных пород данным способом используется энергия тонкой струи воды диаметром (0,8... 1,0 мм), имеющей сверхзвуковую скорость при давлении около 200 МПа.