Механические способы бурения

Механические способы бурения используются в строительстве широко и ведутся в основном тремя способами: вращательным , ударно-вращательным и ударным.

В строительстве бурение используют при исследовании свойств и качеств грунтов, определении уровня грунтовых вод, устройстве скважин водоснабжения и водопонижения грунтовых вод, выполнении земляных работ с применением взрывчатых веществ, разработке и дроблении твердых пород, устройстве свайных фундаментов, искусственном закреплении грунтов и т.п. Для этого в земной коре сооружают вертикальные, наклонные или горизонтальные цилиндрические выработки разных диаметров и глубин.

Читай также термическое бурение

Буровые выработки делают в виде шпуров и скважин. Шпуры это цилиндрические выработки диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м, скважины -выработки более глубокие с диаметром, превышающим 75 мм. Верхнюю часть шпура или скважины называют устьем, нижнюю ( дно выработки), -забоем, боковые поверхности -стенками, разрушенную породу в забое скважины -буровой мелочью.По характеру образования буровых выработок различают бурение сплошным забоем и колонковое.

При бурении сплошным забоем всю породу в скважине разрушают и удаляют в разрушенном виде.При колонковом бурении породу разрушают лишь до кольцевой поверхности забоя, а внутреннюю часть породы в виде цилиндра( керна) извлекают из скважины целиком.Сопротивляемость конкретного грунта бурению -буримость характеризуется временем чистого бурения 1 м скважины ( шпура) и колеблется от 3 мин ( для мягких пород) до 15…25 мин( для крепких). При бурении породу разрушают механическим или физическим воздействием.

Механическое бурение грунтов

Механическое бурение грунтов

Технологический процесс механического бурения складывается из следующих операций : разрушение породы, транспортировка породы на поверхность , обеспечение устойчивости стенок буровых выработок, вспомогательные операции. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами , сколом и комбинированным воздействием ( например, истиранием и ударом ).

Измельченный грунт подают на поверхность двумя методами : гидравлическим ( грунт удаляется путем вымывания его водой, направляемой в выработку под давлением ) и сухим ( измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или шнеком ). Механическое бурение ведут в основном тремя способами : вращательным , ударно-вращательным и ударным. Для этого используют буровые станки и машины, а при незначительных объемах работ -ручные машины.
При вращательном способе бурения порода забоя истирается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.основные виды вращательного способа бурения -шнековое и роторное -выполняются с помощью самоходных установок или станков. применяют также электрические сверлильные машины.

Шнековое бурение принимают для скважин диаметром 125…160 мм и глубиной до 30 м в мягких грунтах и грунтах средней крепости.Шнековые буровые станки ( рис-1) имеют металлическую раму, которая состоит из двух направляющих стоек, установленных на передвижной платформе или на полозьях.

Рисунок-1. Станки и инструмент для вращательного бурения

Станки и инструмент для вращательного бурения

а – схема станка шнекового бурения: 1 – резец, 2 – платформа, 3 – лебедка, 4 – направляющая стойка, 5 – штанга с ребордой, 6 – электродвигатель
б – схема станка роторного бурения: 1 – бурильная труба, 2 – лебедка, 3 – вращатель-ротор, 4 – вертлюг, 5 – рабочая труба, 6 – вышка, 7 – насос, 8 – бак с глиняным раствором, 9 – соединительная труба, 10 – долото
в – рабочие наконечники: 1 – шарошечное долото, 2 – лопастное уступчатое долото, 3 – лопастное долото «рыбий хвост»

По направляющим стойкам рамы движется электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги .Рабочие штанги длиной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по винтовой линии наварены стальные полосы -реборды.По мере углубления скважин штанги наращивают, соединяя их между собой специальными патронами.

Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца, с помощью шнека грунт выдается на поверхность. Производительность станков шнекового бурения 15…100 м в смену.  Роторное бурение чаще всего применяют для устройства скважин диаметром до 200 мм и глубиной 50 м в грунтах средней и большой крепости.

Роторная бурильная установка состоит из вращателя -ротора ,сборной вышки и оборудования для промывки скважины глинистым раствором ( рис-1,б). Рабочая ( ведущая) труба проходит через вкладыши круглого стола ротора,который предназначен для передачи вращения от двигателя к бурильным трубам, присоединенным к рабочей трубе. Размеры вкладышей ротора соответствуют наружному диаметру рабочей трубы, что позволяет ей одновременно с вращением перемещаться вверх и вниз.

Нижний конец бурильной трубы чаще всего имеет шарошечные и лопастные долота( рис-1,в), которые разрабатывают грунт всей площади забоя скважины.Верхним концом рабочая труба соединена с вертлюгом. К вертлюгу присоединен шланг от насоса,подающий в бурильные трубы глинистый раствор. Рабочие и бурильные трубы поднимают и опускают канатом, навитым на барабан лебедки.

Электрическими сверлильными машинами бурят шпуры в мягких и средней крепости породах, а также в мерзлых грунтах.Различают электрические сверлильные машины легкие ( с ручной подачей) и тяжелые ( колонковые).В ручной электросверлильной машине осевое давление создается за счет мускульной энергии бурильщика. Колонковые электросверлильные машины имеют автоматическую подачу. Буровую штангу закрепляют в патроне шпинделя.

К нижнему концу электрической ручной сверлильной машины при помощи замка присоединяют резец из твердого сплава. Буровые штанги подбирают комплектно в соответствии с глубиной шпура. При бурении ручной электрической сверлильной машиной для удаления из шпура шлама или буровой мелочи быстро извлекают сверло, не прекращая его вращения.

При работе колонковыми сверлильными машинами шлам удаляют промывкой. Ударно-вращательное бурение применяют для бурения скважин диаметром 100…200 мм, глубиной до 30 м в труднобуримых породах. Производительность станков -10…35 м/смену.Главная особенность этого способа состоит в том, что вращение и ударное действие инструмента выполняется двумя независимыми механизмами-вращателем и пневмоударником ( рис-2).

Рисунок-2. Станки и инструменты для ударно-вращательного и ударного бурения

Станки и инструменты для ударно-вращательного и ударного бурения

а – станок ударно-вращательного бурения: 1 – пневмоударник, 2 – обеспыливатель, 3 – буровая штанга, 4 – рукав для воздуха, 5 – электрокабель, 6 – вращатель, 7 – лебедка, 8 – станина, 9 – противовес
б – схема пневмоударника: 1 – путь сжатого воздуха, 2 – цилиндр, 3 – выход воздуха, 4 – воздухораспределительное устройство, 5 – сжатый воздух, 6 – поршень со штоком, 7 – выход сжатого воздуха, 8 – коронка
в – виды буровых головок: 1 – однодолотное, 2 – двухдолотное, 3 – крестовое, 4 – звездчатая

Пневмоударник представляет собой пневматический молоток, в котором движущийся возвратно-поступательный поршень со штоком наносит своим бойком удары по хвостовику коронки. Коронка при бурении может передвигаться вдоль оси пневмоударника на 20 мм.Сжатый воздух поступает к пневмоударнику по буровым штангам. При работе станка вращатель, состоящий из электродвигателя и редуктора, приводит во вращение буровую штангу и пневмоударник, внедряющийся в грунт. Самое эффективное число оборотов штанги -25 об/мин. Выходящую из скважины буровую пыль улавливают обеспыливатель.

Ударное бурение осуществляют пневматическими бурильными молотками -перфораторами, которые бывают ручными-массой до 24 кг ( при глубине шпура до 3 м) и станковые -массой до 40 кг ( при глубине шпура до 3 м) и станковые -массой до 40 кг.Они обеспечивают бурение шпуров глубиной до 5 м. Воздух (2…4 м3/мин) подводится к перфоратору шлангом от компрессора. Рабочий орган перфоратора -буровая головка.

При бурении нетрещиноватых пород мягкой и средней крепости применяют головку с одним долотом, армированную твердыми сплавами. Двухдолотчатыми головками бурят вязкие и трещиноватые породы. Головки крестообразной формы используют для бурения пород средней крепости с незначительной трещиноватостью, а также вязких пород. Крепкие и трещиноватые породы бурят с применением крестообразных и звездообразных головок.

Перфораторные молотки по характеру очистки каналов от пыли и каменной мелочи подразделяются на сухие и мокрые .Перфораторы мокрого типа имеют специальные устройства для промывки канала водой, а в перфораторах сухого типа канал продувается воздухом. Предпочтительнее мокрое бурение, так как применение для промывки канала воды снижает сопротивляемость породы и увеличивает стойкость головки бура из-за ее охлаждения водой и уменьшения трения о стенки канала.

РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.