Для бурения шпуров используются перфораторы, ручные электро- и пневмосверла, ручные термобуры, переставные или самоходные бурильные машины.
Электро- и пневмосверла применяются при бурении вращательным способом шпуров диаметром до 45 мм, глубиной до 5 м в породах мягких и средней плотности. Пневматические бурильные молотки-перфораторы используются для бурения шпуров в породах различной плотности, включая особо крепкие (рис. 5.4). Легкими и средними перфораторами (до 25 кг) бурят шпуры диаметром до 50 мм, глубиной до 4 м, тяжелыми (60 кг) — шпуры соответственно до 75 мм и 6 м. Тяжелый перфоратор при бурении удерживается в нужном положении поддерживающим устройством. Рабочий инструментом перфоратора является цельный или составной бур. Производительность бурения зависит от правильного выбора формы головки бура, которая должна соответствовать прочности и состоянию разрабатываемой породы. Для мягких и средней плотности пород целесообразно применять головку одно долотчатой формы, а для плотных, весьма плотных и трещиноватых пород — крестообразную и другие головки сложной формы (рис. 5.5). Используя буры со съемными головками из высокопрочной стали или армированные пластинками из особо твердых материалов, можно значительно увеличить производительность бурения и срок эксплуатации перфораторов, снизить себестоимость работ и расход буровой стали. Шпур очищается от разрушенной породы сжатым воздухом (сухое бурение) или водой (мокрое бурение). Последнее более эффективно, так как при увлажнении забоя снижается сопротивление породы и пылеобразование при бурении, увеличивается стойкость бура.
Рис. 5.4. Механизированный инструмент для бурения шпуров: а — электрическое горное сверло; б — электрический бурильный молоток; в — пневматический бурильный молоток-перфоратор
Рис. 5.5. Разновидности буров:
а — бур с коронкой крестообразной формы; 1 — головка бура; 2 — штанга; 3 — хвостовик; 4— перья головки бура; б — коронки бура; 1 — однодолотчатая; 2 — крестообразная; 3 — звездообразная; 4 — армированная; 5 — съемная
Для бурения перфораторами необходимо иметь комплект буров, в котором их длина последовательно возрастает на 0,5—0,7 м.
а диаметр колонки уменьшается на 2—3 мм по мере увеличения длины бура. Бурение шпура начинают коротким буром-забурником (0,7—1,0 м) и продолжают бурами большей длины, но меньшего диаметра.
При бурении шпуров диаметром до 75 мм и глубиной до 2 м в мерзлых грунтах широко применяются смонтированные на тракторе станки, позволяющие бурить с высокой скоростью один или два шпура одновременно (рис. 5.6). Шпуры таких же размеров в мерзлых грунтах можно бурить, используя горячий воздух, установкой, состоящей из компрессора, калорифера и набора шлангов с наконечниками. Сжатый воздух от компрессора подается в калорифер, подогревается до 60—90 °С и поступает по шлангу к перфорированному наконечнику, установленному в грунте Горячий воздух размораживает грунт и удаляет его из шпура.
Рис. 5.6. Самоходный станок вращательного бурения шпуров
Для бурения шпуров диаметром до 60 мм и глубиной до 2,5 м в плотных породах, содержащих кремнезем, целесообразны ручные термобуры. Рабочий элемент термобура — реактивная огнеструйная горелка, в которой сгорает топливо (бензин или керосин), распыляемое сжатым воздухом или кислородом. Сильная струя высокотемпературных газов разрушает породу в забое и выносит ее из шпура. Бурение термобуром в 3—8 раз производительнее и в 2 раза дешевле, чем перфоратором. Бурению скважин предшествуют подготовительные работы: устройство проездов, планировка площадок для установки станков, определение местоположения скважин и др. Бурение скважин производится передвижными и самоходными станками.
При бурении в неустойчивых породах скважины крепят металлическими обсадными трубами, погружаемыми в грунт по мере углубления скважины.
Станки ударно-канатного бурения применяются для проходки скважин диаметром до 400 мм и глубиной до 200 м в мерзлых грунтах и скальных породах. В процессе бурения операции разрушения породы ударами бурового инструмента чередуются с очисткой скважины от породы. Производительность бурения невысока и зависит от рационального выбора формы долота, высоты подъема и частоты ударов бурового инструмента.
Станки вращательного шнекового бурения используются для бурения скважин диаметром до 200 мм и глубиной до 150 м в породах мягких и средней плотности.
Станки роторного бурения с трехшарошечным долотом позволяют проходить скважины диаметром 150—300 мм и глубиной до 40 м в породах до весьма плотных.
Рис. 5.7. Схема машины для бурения мелких скважин (ям): 1 — ось скважины; 2 — ямобур Б-450
Станки ударно-вращательного бурения применяют при бурении скважин диаметром до 155 мм и глубиной до 35 м в породах средней плотности.
При бурении роторными и колонковыми станками для очистки скважины и охлаждения бурового инструмента используется глинистый раствор. Циркулируя в скважине, он проникает в породу и предотвращает обрушение стенок. Обсадные трубы в этом случае не нужны.
Принцип вращательного бурения используется в машинах при устройстве неглубоких скважин (котлованов, ям) диаметром 500—1000 мм и глубиной до 3,5 м, предназначенных для установки в них опор линий электропередач, столбовых фундаментов и др. Эти машины оборудуются тарельчатыми и цилиндрическими бурами (шнеками) и могут разрабатывать грунты до III категории включительно (рис. 5.7).
Станки вибрационного бурения с вибраторами направленного действия позволяют проходить скважины диаметром до 125 мм и глубиной до 20 м в увлажненных грунтах средней плотности и плотных.
Станки термического бурения применяются для устройства скважин диаметром 200—500 мм и глубиной до 40 м без крепления обсадными трубами в породах различной плотности, содержащих кремнезем.
Высокая производительность труда при бурении скважин достигается за счет выбора оптимальных режимов бурения, сокращения времени на передвижение станков и их установку, механизации вспомогательных операций.
