Шарошечное, огневое и взрывное бурение породы

При шарошечном бурении порода разрушается вследствие перемещения по забою шарошек — тел в виде конуса, цилиндра, сферы, диска, оснащенных зубьями или штырями. При чистом (без скольжения) качении шарошек порода разрушается, как при ударном бурении, правда, с весьма существенным увеличением роли статической осевой нагрузки. Все осевое усилие Рос передается на породу соседними зубцами (рис. 16.3) и частично корпусом шарошки через продукты разрушения.

По мере перехода зубца или штыря в вертикальное положение на него будет действовать возрастающая сила, а воздействие на соседние зубцы будет соответственно уменьшаться, и они прекратят разрушать породу. При бурении шарошечными долотами со скольжением шарошек порода разрушается, как и при вращательно-ударном бурении.
Средняя толщина разрушаемого слоя h0 и скорость шарошечного бурения зависят от многих факторов, в том числе от предела прочности породы при сжатии, модуля упругости породы, значения осевого усилия, конструктивных параметров инструмента и частоты его вращения.
Из немеханических способов бурения известны следующие физико-механические способы: огневой, взрывной, электроимпульсный, гидравлический. Огневое бурение не зависит от крепости буримых пород. Разрушение происходит в результате появления термонапряжений в поверхностном слое породы под действием раскаленных струй газов при температуре более 2000° С, вылетающих из сопел горелок со скоростью более 2000 м/с. Этим способом хорошо разрушаются кварцсодержащие породы, поскольку коэффициент линейного теплового расширения у кварца намного меньше, чем у большинства других породообразующих минералов. Топливом при огневом бурении служит бензин или керосин, а окислителем — сжатый воздух.
При взрывном бурении порода разрушается на забое в результате взрывания зарядов ВВ, последовательно подаваемых на забой. Известны два варианта взрывного бурения. При первом варианте (патронное бурение) заряды твердых ВВ, снабженные детонаторами ударного действия, подают на забой по трубам потоком сжатого воздуха, поступающего от компрессора. Во втором варианте (струйное взрывное бурение) на забой непрерывно подают жидкие компоненты ВВ (горючее и окислитель). В формирующийся заряд (с частотой от 1 до 1000 минв-1 и более) с помощью электромагнитного клапана подают небольшое количество инициирующего состава.
Практического значения взрывной способ бурения шпуров не имеет, так как коэффициент использования энергии ВВ на разрушение породы низок, при работе взрывного бура образуется значительное количество ядовитых газов, а также затруднено бурение в обводненных и трещиноватых породах.
Не вышли за рамки исследований и не получили промышленного распространения такие физико-механические способы бурения, как электрический, ультразвуковой, электрогидравлический, гидравлический, плазменный и др.
Известны также и комбинированные способы бурения скважин. Например, ударно-шарошечные долота представляют собой комбинацию погружного пневмоударника и шарошечных долот; режуще-шарошечный инструмент для бурения перемежающихся по крепости пород; долота, работающие по термомеханическому способу, и др. Но все они не имеют широкого практического использования и совсем не применяются для бурения шпуров.