Основы эксплуатации горнопроходческих машин

4) Вращательно-ударное бурение отличается от ударно-вращательного тем, что буровой инструмент внедряется в породу не только в момент удара, но и в промежутках между ударами под действием значительного статического осевого усилия, достигающего 1,5–2,0 кН на 1 см длины лезвия бурового инструмента. Этот способ бурения применяют в породах с . В более крепких породах осевой нагрузки, создаваемой вращательно-ударными машинами, недостаточно для статического внедрения инструмента в породу и использования эффекта резания, поэтому процесс разрушения переходит в режим ударно-вращательного.
С целью уменьшения абразивного износа инструмента осевую нагрузку в этом случае необходимо уменьшить до значений, соответствующих осевой нагрузке ударно-вращательных машин.
5 ) При шарошечном бурении порода разрушается вследствие перемещения по забою шарошек – тел в виде конуса, цилиндра, сферы, диска, оснащенных зубьями или штырями. При чистом (без скольжения) качении шарошек порода разрушается, как при ударном бурении, правда, с весьма существенным увеличением роли статической осевой нагрузки. Все осевое усилие передается на породу соседними зубцами (рис. 2.3) и частично корпусом шарошки через продукты разрушения. По мере перехода зубца или штыря в вертикальное положение на него будет действовать возрастающая сила, а воздействие на соседние зубцы будет соответственно уменьшаться, и они прекратят разрушать породу. При бурении шарошечными долотами со скольжением шарошек порода разрушается, как и при вращательно-ударном бурении.
Средняя толщина разрушаемого слоя и скорость шарошечного бурения зависят от многих факторов, в том числе предела прочности породы на сжатие, модуля упругости породы, величины осевого усилия, конструктивных параметров инструмента и частоты его вращения.


НЕМЕХАНИЧЕСКИХ СПОСОБОВ БУРЕНИЯ

Из немеханических способов бурения известны следующие физико-механические способы: огневой, взрывной, электроимпульсный, гидравлический. Огневое бурение не зависит от крепости буримых пород. Разрушение происходит в результате появления термонапряжений в поверхностном слое породы под действием раскаленных струй газов при температуре более 2000°, вылетающих из сопел горелок со скоростью более 2000 м/с. Этим способом хорошо разрушаются кварцсодержащие породы, поскольку коэффициент линейного теплового расширения у кварца намного меньше, чем у большинства других породообразующих минералов.

Топливом при огневом бурении служит бензин или керосин, а окислителем – сжатый воздух.
При взрывном бурении порода разрушается на забое в результате взрывания' зарядов ВВ, последовательно подаваемых на забой. Известны два варианта взрывного бурения. При первом варианте (патронное бурение) заряды твердых ВВ, снабженные детонаторами ударного действия, подают на забой по трубам потоком сжатого воздуха, поступающего от компрессора.
Во втором варианте (струйное взрывное бурение) на забой непрерывно подают жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель). В формирующийся заряд (с частотой от 1 до 1000 мин^-1 и более) с помощью электромагнитного клапана подают небольшое количество инициирующего состава.
Практического значения взрывной способ бурения шпуров не имеет, так как коэффициент использования энергии ВВ на разрушение породы низок, при работе взрывного бура образуется значительное количество ядовитых газов, а также затруднено бурение в обводненных и трещиноватых породах.
Не вышли за рамки исследований и не получили промышленного распространения такие физико-механические способы бурения, как электрический, ультразвуковой, электрогидравлический, струями воды под высоким давлением (гидравлический), плазменный и др.
Известны также и комбинированные способы бурения скважин. Например, ударно-шарошечные долота представляют собой комбинацию погружного пневмоударника и шарошечных долот. К комбинированному относят режуще-шарошечный инструмент для бурения перемежающихся по крепости пород; долота, работающие по термомеханическому способу, и др. Но все они не имеют широкого практического использования и совсем не применяются для бурения шпуров. Шпур – это цилиндрическая полость в горной породе, имеющая диаметр до 75 мм и глубину до 5 м.Если один или оба размера полости превышают указанные для шпура, то такую полость называют скважиной. Естественно, граница между двумя этими понятиями в определенной мере условна. Дно шпура называют забоем, а место выхода на поверхность породы – устьем.
Бурение шпуров при проведении выработок по крепким породам – одна из самых трудоемких операций, на которую приходится 25–40% общих трудовых затрат и до 60% стоимости проходческих работ.
Как технологический процесс бурение шпуров представляет собой соединенные в неразрывное целое последовательное разрушение породы на забое шпура и удаление из него продуктов разрушения.
Все способы разрушения породы при бурении шпуров и скважин делят на механические и немеханические. Соответственно различают механические и немеханические способы бурения. Последние промышленного использования не получили.
На практике применяют следующие механические способы бурения шпуров и скважин при проведении горных выработок: 1) вращательный, 2) ударно-поворотный, 3) ударно-вращательный, 4) вращательно-ударкый и 5) шарошечный.