Бурение.

Существуют разные типы механических буровых станков. Большинство операций по бурению в угольных шахтах производится пневматическими или электрическими вращательными установками шнекового типа. В крепких породах обычно используются ударные пневматические поршневые перфораторы, в которых поршень, совершающий возвратно-поступательные движения, наносит сильные удары по хвостовику рабочего органа (бура), эластично закрепленного в патроне на переднем конце перфоратора. В то же время механизм перфоратора предусматривает вращение бура. Перфораторы типа отбойного молотка меньших размеров бывают ручными либо на цилиндрической пневмоподдержке. По мере того, как в процессе бурения рабочий орган перфоратора углубляется, пневмоподдержка поднимается, удерживая положение перфоратора и его рабочего органа на одной линии с пробуриваемым шпуром. Пневматические бурильные молотки большей мощности, называемые колонковыми перфораторами, часто устанавливаются на рамах или колонках, которые, в свою очередь, зажимаются в суппорт на коротком горизонтальном стержне, прикрепленном к вертикальной распорной стойке, закрепленной домкратами между кровлей и почвой горной выработки.

Гидроприводные бурильные устройства вращательного типа позволяют достигать более высоких скоростей бурения и снижения уровня вредных шумов. При проходке больших подземных выработок используются буровые каретки – передвижные устройства, состоящие из нескольких колонковых перфораторов, что ускоряет буровой цикл. Для вертикального обуривания кровли и проходки наклонных скважин применяются пневматические устройства, называемые телескопными перфораторами. В таких системах рабочий орган, сам перфоратор и пневмоцилиндр располагаются на одной линии. Пневматический цилиндр, удерживающий рабочий орган на забое, удлиняется по мере углубления. Буровые станки, монтируемые на передвижных платформах, из-за больших вертикальных габаритов чаще используются на открытых горных выработках. Пневматические перфораторы, применяемые при добыче полезных ископаемых, работают на сжатом (до 860 кПа) воздухе. Для удаления буровой мелочи и подавления пыли используется вода, которая нагнетается к забою через осевой канал поршня-ударника и промывает скважину в пространстве между буром и горными породами.

Установки ударно-канатного бурения состоят из тяжелого долота, ударной штанги, ударников и замка, к которому крепится канат. Для забивания бурового снаряда используется вышка с силовой установкой, поднимающей и сбрасывающей рабочий орган. Раздробленная масса извлекается из скважины желонкой или змеевиком. При ударно-канатном бурении скважины редко бывают прямыми, а опробование – точным. Поскольку породы, в которые забивается буровой снаряд, дробятся, часто бывает трудно получить ясное представление об их генезисе. Несмотря на то, что в настоящее время ударно-канатное бурение применяется редко, оно сыграло важную роль в практике разведки и подготовки к эксплуатации многих месторождений полезных ископаемых.

Установки вращательного бурения обеспечивают низкую себестоимость бескернового бурения в непродуктивных отложениях. Отбор керна проводят лишь в продуктивной зоне. Некоторые конструкции таких установок предназначены для наклонного бурения под любыми углами. Самая глубокая в мире скважина (12 066 м, Кольский п-ов) была пробурена с применением вращательного бурения.

Размеры буровых установок различны – от небольших станков, монтаж и управление которыми в подземных выработках могут осуществлять два человека, до огромных, смонтированных на стальных вышках и обслуживаемых бригадой квалифицированных буровиков. Имеются установки, смонтированные на автомобильных шасси или полозьях. Вращательное бурение нефтяных и газовых скважин (роторное) осуществляется также со специальных судов и стационарных морских платформ. До недавнего времени использовались стальные буровые штанги, поэтому предельная глубина бурения определялась мощностью станка, удерживающего буровую колонну. Появление алюминиевых буровых штанг, хотя и более дорогих, чем стальные, позволило бурить более глубокие скважины.

Когда установки вращательного бурения используются для отбора керна, на конец колонковой трубы навинчивается буровая коронка, армированная алмазами или твердыми сплавами, например карбидом вольфрама (победитом). В этой системе полые буровые штанги удерживаются буродержателем, закрепленным на торце полой колонковой трубы, оснащенной резьбой. Буровой раствор под давлением подается вниз по полым штангам для охлаждения коронки и удаления раздробленной массы и шлама. По мере продвижения коронки в керноприемнике колонковой трубы формируется цилиндр из ненарушенной горной породы (керн). Когда коронка углубится на расстояние, равное длине колонковой трубы (от 1,5 до 3,6 м), колонна штанг, колонковая труба и коронка извлекаются из скважины, а керн – из колонковой трубы. Затем он отправляется на разного рода анализы.

При бурении бескерновыми вращательными установками (роторное бурение) исследуется раздробленная масса и шлам, вынесенные сжатым воздухом или буровым раствором через полые буровые штанги. Как правило, роторное бурение быстрее и дешевле колонкового. Общая глубина скважин, пробуриваемых за смену, может меняться в широком диапазоне в зависимости от геологических условий и размеров скважин – от нескольких сотен метров до 1,5–3 м в скальных породах.

Буровые установки с алмазными буровыми наконечниками используются для проходки скважин глубиной до 3 км. Некоторые из этих установок снабжены специальными колонковыми трубами, позволяющими извлекать керн через штанги с помощью троса. Установки такого типа позволяют достигать более высоких скоростей бурения за счет меньших временнх затрат на извлечение керна без подъема на поверхность всей буровой колонны.

Для проходки бурением относительно неглубоких шахтных стволов применяются специальные установки вращательного бурения с использованием твердосплавных коронок или коронок дробового бурения диаметром 1 м и более. Установки такого типа используются также в некоторых системах разработки для буровой проходки очистных горных выработок (например, при подземной разработке калийных солей).