|
С увеличением крепости пород
эффективность механических способов бурения резко снижается. Поэтому в
последнее время разрабатываются иные способы бурения: термический,
электрофизический и гидравлический. Наиболее разработанным способом
немеханического разрушения горных пород является термическое бурение скважин
высокотемпературными газовыми струями. Станки термического (огнеструйного)
бурения применяют главным образом для прожигания скважин диаметром 200—250 мм
и глубиной до 20 м в очень крепких породах, в основном кристаллической
структуры, поскольку механические способы бурения в таких породах
малопроизводительны.
Терморазрушаемость пород определяется их физическими
свойствами, интенсивностью теплового потока и способом его подвода. Для
термобуримых пород плотность минимального теплового потока по данным ряда
исследований составляет 'q^ = (0,5н- -н 1,2)106 ккал/ч-м2.
Тепловые потоки такой интенсивности создаются с помощью реактивных
химических или плазменных горелок. Газы, нагретые до температуры 2000—3000°
С, вылетая из сопел горелки со сверхзвуковой скоростью, обеспечивающей
высокий коэффициент теплоотдачи, обтекают породу, в результате чего возникают
необходимые термические напряжения, и порода разрушается.
Отечественной промышленностью выпускаются станки
термического бурения в кислородном и воздушном вариантах; причем горючим в
обоих вариантах является дизельное топливо или керосин. Такой станок
представляет собой самоходный буровой агрегат на гусеничном ходу. На мачте
станка смонтирован буровой инструмент, механизм вращения и устройство для подвода
рабочих компонентов.
Рабочим органом станка является реактивная горелка,
подвешенная к термобуру ( 195), в которой происходит сгорание горючих смесей
и формирование высокотемпературной газовой струи. Основными частями горелки
являются: камера сгорания, соп- ловый аппарат, коробка распределения воды и
горючего, предохранительный башмак, форсунка и корпус.
В камеру сгорания реактивной горелки подается смесь тонко
распыленного жидкого топлива с газообразным кислородом, которые поступают к
горелке по двум трубкам, проходящим внутри штанг термобура. Образующиеся
в камере газообразные продукты сгорания при температуре до 3000—5000° С и
давлении до 40 ат вылетают со скоростью 1500—2000 м/с из сопел горелки и
оказывают тепловое и механическое воздействие на породу, которая при этом
значительно увеличивает свой объем, что приводит к скалыванию ее частиц.
«Чешуйки» породы выносятся из скважины водяным паром, образующимся из
подаваемой в скважину (по трубкам в штанге и отверстиям в горелке) воды, и
отбрасываются в сторону от станка воздушной струей от воздуходувной
установки.
При термическом бурении без смены бурового
инструмента — горелки можно производить расширение любой части скважины до
диаметра 400—500 мм, что достигается за счет замедления или ускорения подачи
термобура. Это позволяет при последующих взрывных работах наиболее
целесообразно распределять заряд ВВ и обеспечивать хорошее дробление породы.
Равномерное разрушение породы по всему забою скважины
достигается за счет вращения штанги с горелкой со скоростью 6—30 об/мин и
плавной подачи ее в скважину.
Скорость термического бурения скважин составляет 20—30 м в
смену. В аналогичных условиях скорость шарошечного бурения составляет до 12 м, а ударно-канатного — до 4 м в смену.
Недостатком термического способа бурения является большой
расход кислорода, стоимость которого составляет 60—70% всех затрат.
Электрофизические и высоконапорные гидравлические способы
бурения скважин представляются наиболее эффективными, однако они еще проходят
опытную проверку и не имеют промышленного использования.
При звуковом способе исполнительным органом является
магнитострикционный вибратор, состоящий из пластинчатого никелевого
сердечника с электрической обмоткой, питание которой осуществляется
переменным током высокой частоты. Под влиянием возникающего переменного
магнитного поля сердечник совершает частые колебания за счет своего сжатия и
растяжения. Путем передачи энергии колебаний сердечника буровому инструменту
достигается эффективное разрушение горной породы.
Электроимпульсный способ основан на использовании энергии
высоковольтных импульсов разрядов в жидкой среде. Возникающие во время
разрядов гидравлические и кавитационные удары используются для разрушения
горной породы.
При высокочастотном способе для разрушения породы
используется энергия высокочастотных генераторов. Под действием
электромагнитных волн высокой частоты горная порода нагревается, теряет
первоначальную прочность и отделяется от массива.
Для разрушения породы используется также энергия тонкой
струи воды, имеющей большую скорость; для обеспечения большой скорости
истечения используются гидрокомпрессоры, создающие давление воды до 10 000
ат.
Известен также взрывной способ проходки скважин, который
основан на последовательном взрывании в забое скважины микрозарядов
высокобризантных взрывчатых веществ с последующим удалением продуктов
разрушения. Взрывной способ предназначается для проходки скважин в весьма
крепких породах.
|