Файл: Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие.pdf

с последующей добычей обычными способами. За рубежом предложены варианты одновременного дроблс-нчя одним взрывом полезного ископаемого и пустых пород и их выброс для обеспечения последующей добычи (рис. 125).

В США имеется проект использования серии ядерных взрывов для сооруже­ ния второй очереди Панамского канала, сооружения закрытых морских гаваней,

jглубоководных морских портов, регули ­ рования гидрографических систем и т. д.

Подземные ядерные взрывы на боль­ шой глубине без видимого проявления их действия на поверхности могут при ­ меняться для дробления больших объ­ емов породы с целью последующего растворения пли выщелачивания из них ценных полезных ископаемых, добычи раздробленной руды (рпс. 125), обра­ зования полостей для хранения жидких или газообразных полезных ископае­ мых, интенсификации процессов добычи нефти и т. д .

Р а з д е л IT

РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ

Г л а в а X

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ

§ 56. Классификация и краткая характеристика способов бурения

Процесс бурения заключается в разрушении породы на забое шпура (скважины) буровым инструментом и ее удалении на поверх­

ние с отбором керна, когда по периферии сечения забоя выбури­ вается кольцевое углубление, а центральная неразрушенная часть породы (керн) с помощью керноподъемников извлекается на поверх­

ханически с помощью витых штанг и шнеков при вращательном буре­ нии, циркулирующим жидким, аэрированным (водовоздушной сме­ сью) или газообразным агентом при вращательных и ударных спосо­ бах бурения.

Процесс бурения включает следующие основные операции: под­ готовку и установку буровой машины для начала работ, бурение, на­ ращивание бурового става для достижения требуемой глубины буре­ ния, его разборку после окончания работ и смену изношенного буро­ вого инструмента.

В горной промышленности распространены вращательное, удар­ но-поворотное, ударно-вращательное, вращательно-ударное и огне-

вое бурение шпуров и скважин. Проходят экспериментально-про­ мышленную проверку взрывное и электроимпульсное бурение.

При в р а щ а т е л ь н о м бурении инструмент вращается вокруг оси, совпадающей с осью шпураилискважины, и одновременное опре­

на площади контакта режущих лезвий инструмента с породой. При этом происходит последовательное скалывание частиц породы и уг­ лубление инструмента по винтовой линии. Удаление продуктов раз­

с помощью ручных и колонковых сверл, бурение резцами с помощью буровых станков, бурение алмазным инструментом и дробовое буре­ ние.

При у д а р н о м бурении инструмент наносит удар по забою и разрушает породу. После каждого удара инструмент поворачи­ вается на некоторый угол, обеспечивая таким образом получение

в промежутках между ударами поворачивается на определенный угол. К ударно-поворотному относится и ударно-канатное бурение

у д а р н о - в р а щ а т е л ь н о е бурение погружными пневмоударниками и перфораторами с независимым вращением, при котором

по непрерывно вращающемуся под большим осевым давлением ин­ струменту. Разрушение происходит в результате ударов и враще­ ния инструмента.

Б у р е н и е ш а р о ш е ч н ы м и д о л о т а м и относится к ударному при долотах, работающих по принципу чистого качения,

При о г н е в о м бурении разрушение породы происходит в ре­ зультате термонапряжений, возникающих при быстром нагреве по­ верхности породы потоками раскаленных газов, вылетающих из со­ пел горелок при температуре до 2000° С со скоростью 2000 м/с и более.

При в з р ы в н о м б у р е н и и скважин разрушение породы происходит последовательными взрывами на забое небольших заря­ дов ВВ.

При э л е к т р о и м п у л ь с н о м бурении порода на забое разрушается в результате электрического пробоя породы высоко­ вольтным разрядом.

Основным способом бурения скважин диаметром 200—300 мм на карьерах в породах с коэффициентом крепости / > 6 с 30-х годов было ударно-канатное, при котором буровой снаряд весом 1,2—2,5 т с частотой 48—50 в минуту поднимается на высоту 0,8—0,9 м и сбра­ сывается на забой, разрушая при ударе породу. Для удаления про­ дуктов разрушения в скважину наливается вода и образованный буровой шлам вычерпывается желонкой. Производительность стан­ ков составляет 4—20 м в смену.

На карьерах с 1958 г. начинают применять шарошечное, огневое и бурение погружными пневмоударниками. Внедрение этих способов обеспечило увеличение производительности труда при бурении в 2— 5 раз при одновременном снижении стоимости работ.

С 1935 г. при подземной разработке руды на комбинате «Апатит» и в Кривбассе применяют отбойку глубокими скважинами, пробурен­ ными мощным перфоратором с набором свинчивающихся штанг. С этого времени штанговое бурение быстро распространяется на подземных рудниках. С начала 50-х годов на рудниках черной и цвет­ ной металлургии внедряется шарошечное и пневмоударное бурение скважин диаметром 100—150 мм и глубиной до 50 м, приведшее к ко­ ренным изменениям в системах с массовым обрушением руды.

На угольных шахтах применяют различные модели ручных и колонковых сверл для бурения шпуров по углю и породам (мягким и средней крепости). В последние годы на основе применения раз­ личного установочно-подающего оборудования для перфораторов и сверл максимально механизируется бурение шпуров на проходче­ ских работах. Разрабатываются принципиально новые способы буре­ ния шпуров и скважин.

К разным типам буровых машин и инструмента применяются неодинаковые названия. Например, идентичны по смыслу понятия: коронка, долото, резец. Название коронка исторически имеет смысл оценки метода ее соединения со штангой. Понятие резец заимство­ вано из практики металлообработки в машиностроении, хотя по кинематике работы он аналогичен сверлу. В практике нефтяного буре­ ния инструмент для вращательного бурения называют долотом (на­ пример, долото Р Х и т. п.). Для алмазного породоразрушающего ин­ струмента в практике геологоразведочных работ введено понятие наконечник, хотя очевидно, что любой буровой инструмент, разру­ шающий породу, является наконечником. В настоящем учебном по­ собии породоразрушающий инструмент для вращательного бурения шпуров и скважин называется р е з ц о м . Инструмент для ударновращательного, шарошечного и вращательно-ударного способов бу­ рения называется д о л о т о м , а для перфораторов — к о р о н - к о й.

Машину для ударного бурения шпуров называют перфоратором, буровым молотком, бурильным молотком. В дальнейшем будем