V.1 БУРОВІ РОБОТИ

Буріння здійснюють під час вибухових робіт, зведення пальових фундаментів (буронабивних і буроін’єкційних), закріплення основ (це­ментація, заморожування), водозниження, дослідження нашарування грунтів, розвідування покладів корисних копалин тощо.

Буріння — це утворення спеціальних порожнин циліндричної форми за допомогою бурильного інструмента. Циліндричні порожнини — буро­ві виробки — діаметром до 75 мм і до б м завглибшки називають шпуром, діаметром більше ніж 75 мм, понад 6 м завглибшки — свердловиною. Шпури та свердловини бувають вертикальні, похилі та горизонтальні. Місце у поверхні землі, де починаються шпури чи свердловини, називають устем, дно шпурів чи свердловин — забоєм, бокові поверхні — стінками.

Комплекс заготівельно-транспортних та основних процесів і опе­рацій з улаштування циліндричних порожнин (свердловин і шпурів) називають буровими роботами.

Процес буріння складається з двох операцій: руйнування (відділен­ня) породи на дні (у забої) бурової виробки та видалення зруйнованої породи з неї.

Залежно від характеру руйнування порід та глибини виробок засто­совують такі способи буріння:

1. механічні — ударний, обертовий, вібраційний, ударно-обертовий, коли породи руйнуються під впливом на них породоруйнівних інстру­ментів;
2. фізико-хімічні — термічний, вибуховий, гідравлічний, електрогід­равлічний, ультразвуковий та плазмовий.

Найчастіше буріння виконують механічними способами, з другої групи практично застосовують термічний (вогневий) спосіб.

Зруйнований грунт (буровий дріб’язок, шлам) видаляють з виробки за допомогою глинистого розчину чи води, струминою стисненого повітря, шнековими пристроями, желонками та іншими пристроями, які вибирають залежно від способу буріння, глибини виробки та виду ґрунту.

Стінки свердловин у слабких, пухких та насичених водою грунтах закріплюють сталевими обсадними трубами. Колони обсадних труб зби рають з ланок 1,5...4,5 м завдовжки, з’єднаних муфтами, ніпелями або вгвинчуванням (трубу в трубу).

Для буріння шпурів застосовують перфоратори (бурильні молот­ки) та електросвердла.

Робочою частиною перфораторів (рис. V. 1, а, в) є долотчастий буровий інструмент, хрестоподібні та зірчасті бури та коронки.

         Шпури до 2,5 м завглибшки та діаметром до 45 мм бурять ручними легкими (до 20 кг) та середніми (до 25 кг) перфораторами, більш як 2,5 м завглибшки та діаметром 47...75 мм — важкими (до 35 кг), які встановлюють на спеціальні візки або триноги. Буровий дріб’язок та шлам видаляють промиванням виробки водою під тиском чи продуван­ням стисненим повітрям.

Електросвердла — легкі з ручною та важкі з автоматичною по­дачею — застосовують для обертового буріння шпурів діаметром до 75 мм та до 5 м завглибшки в породах різної міцності. У разі застосу­вання ручного електросвердла (рис. V.1, б) осьовий тиск створюється за рахунок мускульної енергії бурильника. Колонкові електросвердла, які закріплені у розпірній колонці, мають автоматичне подавання. Ро­бочим органом будь-якого свердла є змінний різець, закріплений на колонці бурової штанги.

Для буріння шпурів у м’яких ґрунтах до 5 м завглибшки користу­ються також ручним буром-щупом (рис. V. 1, д, 25), оснащеним різними наконечниками.

У мерзлих ґрунтах та дуже міцних породах із вмістом кварцу викори­стовують ручні термобури (рис. V. 1, г) переважно для буріння шпурів діаметром 60 мм на глибину до 1,5...2,0 м.

Буріння свердловин звичайно виконують верстатами ударної (удар­но-канатної), ударно-обертової, обертової (шнекової, колонкової та роторної) дії.

Верстатами ударно-канатного буріння утворюють свердловини діаметром до 350 мм та до 50 м і більше завглибшки, як правило, у різноміцних породах.

Рис. V. 1. Бурові установки. Обладнання та інструмент для буріння шнурів і сверд­ловин:

а – бурильний молоток; б — ручне електросвердло; в — форми головок бура; г — схема ручного термобура; д — бури ручні; е — самохідна установка колонкового буріння; є – робочі наконечники; 1 — трубки, зварені у рамку; 2 — циліндр; З — буротримач; 4 — глушитель шумів; 5 — поворотна рукоятка; 6 — повітряний шланг; 7 — патрубок; 8 — корпус; 9 — ручка; 10 — електрокабель; 11 — патрон; 12 — верхня кришка; 13 — сопло; 14 - камера згоряння; 15 — паливна трубка; 16 — щиток; 17 — труба; 18 — повітряний кран; 19 — манометр; 20 — паливний кран; 21 — паливний шланг; 22 — Редукторний клапан; 23 — паливний насос; 24 — паливний бак; 25 - ручний бур-щуп; 26 — лопатень-змійовик; 27 — лопатень-желонка; 28 — клапан; 29 — двигун; 30 — насос; 31 - Щогла; 32 — блок; 33 — трос; 34 — вертлюг; 35 — штанга; 36 - ротор; 37 — буровий снаряд; 38 — коронка, армована різцями з твердого сплаву; 39 — те саме, дрібними алмазами; 40 — шротова коронка; 41 — шарошечне долото; 42 — хрестоподібне долото; 43 – уступчасте долото

Ударно-обертове буріння із заглибним пневмоударником (пневмо- ударне буріння) порівняно з ударно-канатним має більш високу півидкість (10..35 м/зміну), при цьому буріння свердловин може бути напрямленим (від 0 до 90° по горизонталі). При бурінні ударна дія та обертання долота здійснюються двома незалежними один від одного механізмами. Станками ударно-обертового буріння бурять свердловини діаметром 100...200 мм, до 30 м завглибшки тільки у важкобуримих та абразивних скельних породах. Можливе багатошпиндельне буріння. Недолік способу — мала стійкість бурових колонок та велике пилоутворення.

Обертове буріння визначається високою продуктивністю (в 3..5 разів перевищує продуктивність ударного буріння), порівняно низь­кою вартістю бурових робіт, можливістю буріння вертикальних, похилих та горизонтальних свердловин. При обертовому бурінні порода забою розтирається, ЇЇ ріжуть та сколюють за допомогою бурового інструмен­та, жорстко закріпленого на нижньому кінці штанги, що обертається.

Шнекове буріння застосовують для свердловин діаметром 110... 125 мм, до 30 м завглибшки у м’яких та мерзлих ґрунтах.

При застосуванні верстатів колонкового буріння (рис. V. 1, е) в нижній частині бурового снаряда встановлюють колонкову трубу, яку перехід- никoм з’єднують з кільцевою коронкою, армованою різцями з твердих сплавів чи алмазами (рис. V. 1, є, 38, 39). Якщо свердловини бурять коронкою, то вибурюють кільцевий забій, а незачеплений стовпчик породи (керн), що залишається, входить у колонкову трубу, разом з якою його витягують на поверхню. Інколи замість армованих застосовують шро­тові коронки (рис. V. 1, є, 40). У цьому разі для руйнування породи у свердловини насипають чавунний чи сталевий шрот.

У разі застосування верстатів роторного буріння бурильні труби обертаються спеціальним обертачем-ротором, який установлюють без­посередньо над устям свердловини діаметром 300...400 мм. Для руй­нування міцних порід при роторному бурінні найчастіше застосовують шарошечні (рис. V. 1, є, 41), хрестоподібні та уступчасті долота (рис. V.І, є, 42, 43), які розробляють ґрунт по всій площі забою сверд­ловини.