БУРЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ ШПУРОВ И СКВАЖИН

БУРЕНИЕ ВЗРЫВНЫХ ШПУРОВ И СКВАЖИН. Машинное бурение шпуров и скважин взамен ручного, которое применялось до начала 19 в. для отбойки крепких пород взрывом, начало внедряться в конце 17 в когда были изобретены первые буровые машины для сверления горизонтальных шпуров. В 1683 механик Г.Гутман предложил машинное бурение.

В 1803 австрийский инженер Гайншинг, а в 1813 английский механик Травич усовершенствовали выпускаемые буровые машины. В 1849 Кауч США получил один из первых патентов на паровую буровую машину. В 1852 Колладон Швейцария предложил буровую машину, работающую на сжатом воздухе. При проходке Монт-Санисского тоннеля в 1861 Соммейе впервые применил поршневые перфораторы для бурения шпуров, что позволило резко сократить сроки строительства тоннеля.

В конце 19 в. появляются молотковые перфораторы, быстро вытеснившие менее производительные поршневые. В дальнейшем были созданы высокочастотные и вращательно-ударные 50-е гг. 20 в. бурильные машины, установочные пневмоподдержки, манипуляторы и подающие автоподатчики приспособления, буровые каретки, максимально механизировавшие труд бурильщика. Бурение ведтся с удалением продуктов разрушения промывкой. Создаются лгкие и мощные электро пневмогидросврла и высококачественный буровой инструмент, обеспечивающие вращательное бурение шпуров в средней крепости породах.

В 1965 в Кузбассе и в 1968 в Киргизии применены бурильные агрегаты с электрогидроприводом для вращательного и вращательно-ударного бурения шпуров. С конца 19 - начала 20 вв. специалисты пытались создать электроперфоратор, В 1879 немецкий изобретатель В.Сименс сделал неудачную попытку применить электрический ток для приведения в действие бурильной машины, предназначенный для бурения шпуров при взрывных работах.

В 1885 американский изобретатель Дж. Вестингауз повторил эту попытку. Впервые скважины, пробурнные тяжлыми бурильными молотками, были применены взамен шпуров для отбойки руды в начале 30-х гг. на подземных рудниках комбината Апатит и в Кривом Роге. С этого периода начинается создание машин для подземного бурения скважин. В середине 30-х гг. внедряется метод штангового бурения взрывных скважин, применение которого способствовало технической революции в разработке рудных месторождений большой мощности.

В 1935 А.А. Миняйло сконструировал станок для вращательного бурения резцами диаметром до 150 мм в мягких породах. В конце 30-х гг. на шахтах Кривого Рога внедрено многоперфораторное бурение глубоких скважин. В 1938 А. К. Сидоренко предложено бурение погружными перфораторами, входящими в скважину. В 1949-50 на подземных рудниках в СССР испытаны буровые станки с погружными пневмоударниками вращение пневмоударника осуществлялось с поверхности через став буровых штанг.

В 1954 Новосибирским институтом горного дела и Кузнецким металлургическим комбинатом создан промышленный образец бурового станка БА-100 - первой машины, в которой рабочим телом энергоносителем служит воздушно-водяная смесь. После отработки эта смесь обеспечивает простое и наджное пылеподавление при бурении. Повсеместное внедрение высокопроизводительных станков БА-100 на рудниках позволило широко распространить прогрессивную систему разработки месторождений с отбойкой руды глубокими взрывными скважинами.

Эта машина явилась основой для создания в СССР серии буровых машин в том числе бурового полуавтомата НКР-100 в 1959 для пневмоударного бурения скважин диаметром 85-100 мм и глубиной до 50 м, которыми в 50-60-х гг. выполнено свыше 50 объмов бурения при отбойке руд. С 60-х гг. этот способ внедряется в практику бурения разведочных и глубоких эксплуатационных скважин. С 1950 в СССР на подземных рудниках Алтая разрабатываются и внедряются станки для бурения скважин шарошечными долотами, один из которых БШ-145 выпускается серийно.

В 60-е гг. 20 в. для подземного бурения скважин диаметром 60-70 мм разрабатываются вращательно-ударные буровые машины, устанавливаемые на буровых каретках, а также буровые станки с мощными бурильными молотками и независимым вращением инструмента. Бурение скважин для взрывных работ на карьерах начало применяться в России на железорудных предприятиях Урала в 1908. В США в начале 20 в. для бурения взрывных скважин на карьерах впервые применены ударно-канатные станки.

В СССР этот способ начинает применяться с 30-х гг. и до 60-х гг. является основным в породах выше средней крепости для скважин диаметром 150-300 мм. В 1932 Свердловским заводом Металлист выпущены станки ударно-канатного бурения для карьеров. С 1939 в СССР осваивается вращательное бурение скважин резцами с удалением буровой мелочи шнеками. В 1943 выпущен на Урале Богословский карьер первый станок вращательного бурения со шнеком, на гусеничном ходу. С 1956-57 начинаются работы по шарошечному бурению взрывных скважин на карьерах.

В 1958 предложен комбинированный ударно-шарошечный буровой инструмент, использование которого возможно на станках вращательного бурения с пневматической продувкой скважин. В 1959 начат выпуск станков СБО-1, СБО-2 огневого термического бурения для крепких кварцсодержащих пород. Разрушение породы при этом происходит за счт быстрого разогрева поверхности забоя газовыми струями, вылетающими из горелки с температурой 20000С и скоростью около 2000 мсек. В 60-е гг. разработан типовой ряд шарошечных станков 2СБШ-200, СБШ-250, СБШ-320 для бурения взрывных скважин диаметром 200-300 мм и глубиной до 30 м. Производительность станков 20-70 м в смену.

Перспективны работы по созданию комбинированных термомеханических способов разрушения. Бурение взрывных скважин на карьерах в СССР осуществляется в основном 1970 шарошечным способом около 70 метража скважин, распространено шнековое бурение около 20, 10 метража скважин приходится на остальные способы бурения пневмоударное, термическое, ударно-канатное и др Значительно возросли скорости бурения сменная производительность шарошечного станка при проходке скважины диаметром 250 мм в крепких породах известняк, доломит и т.п. составляет 40-60 м. При подземной разработке угольных месторождений наибольшее распространение имеет бурение бурильными молотками и электросврлами, рудных месторождений - бурильными молотками, погружными пневмоударниками, шарошечными станками.

Развитие горной промышленности требует увеличения производительности бурения в 2-4 раза. Для этого необходимо совершенствование механических способов бурения и изыскание новых.

Совершенствование бурильных машин осуществляется за счт увеличения параметров нагрузки на инструмент, механизации и автоматизации вспомогательных операций. Перспективно создание вибробуров. Разработано взрывное бурение, которое заключается в непрерывной обработке забоя скважины небольшими зарядами взрывчатого вещества, вводимыми в поток промывочного агента воздуха или жидкости в виде ампул ампульное, или патронное взрывобурение или непрерывной струи струйное взрывное бурение.

Заряды-ампулы имеют обтекаемую форму и безопасны в обращении, так как смешение невзрывчатых жидких компонентов смеси и образование взрывчатых веществ ВВ происходит непосредственно у забоя. Заряды тврдых ВВ требуют для взрыва больших скоростей удара не менее 80 мсек. При струйном взрывобурении взрывчатая смесь из горючего и окислителя в виде плоского жидкого заряда образуется непосредственно на забое и инициируется эвтектической смесью калия и натрия, впрыскиваемой с определенной частотой.

Взрывобурение скважин позволяет в 2-5 раз увеличить производительность бурения, особенно в крепких породах. Проводятся работы по конструированию аппаратов для создания импульсной струи, периодически выстреливаемой из сопла по забою скважины для так называемого гидроимпульсного бурения, а также электроимпульсных станков, в которых разрушение породы производится мощным электрическим разрядом.

Большой интерес представляет механизированное бурение вертикальных горных выработок больших поперечных сечений диаметром свыше 3,5 м - шахтных стволов. VIII. СВОЛОПРОХОДЧЕСКИЙ АГРЕГАТ Стволопроходческий агрегат - комбайн для сооружения вертикальных шахтных стволов. Применяется в породах не выше средней крепости коэффициент крепости до 8, по шкале М. М. Протодьяконова.

Совмещает процессы механического разрушения пород, погрузку горной массы в подъмные сосуды, возведение постоянного крепления ствола, водоотлив, наращивание ставов труб и т.д. Представляет собой трхэтажный металлический каркас с размещенным на нм оборудованием. С помощью стволопроходческого агрегата типа ПД в СССР в Карагандинском угольном бассейне пройдено 4 шахтных ствола общей глубиной свыше 2150 м и один ствол в Донбассе на глубине свыше 520 м. При этом темпы проходки, достигнутые на агрегатах, составили в Караганде 133 м и в Донбассе 175 м готового ствола в месяц и были установлены мировые рекорды по производительности труда проходчиков соответственно 13,23 и 12,7 м3 готового ствола на человека в смену.

Агрегат обслуживают 3 человека в смену. Создание стволопроходческого агрегата - качественно новый этап в развитии техники сооружения шахтных стволов, т.к. позволяет в 5-6 раз повысить производительность труда рабочих, устранить тяжлый физический труд, обеспечить высокую степень безопасности ведения горных работ и улучшить санитарно-гигиенические условия.

Первый стволопроходческий агрегат создан в СССР в 1952 Успехи в создании эффективных средств и способов бурения базируются на изучении физико-механических свойств разрушаемых пород, механизма разрушения породы при различных способах и режимах бурения. В СССР проводятся фундаментальные работы в области изучения и определения базовых физических свойств горных пород для оценки эффективности основных процессов разрушения пород при бурении.