Способы бурения шпуров

Бурение шпуров, предназначенных для распределения в них зарядов BB, необходимо рассматривать как производственную операцию буровзрывных работ, выполняемую с целью подготовки забоя выработки к отбойке породы. На эту подготовительную операцию затрачивается довольно много труда, энергии и времени, величина затрат которых возрастает с увеличением крепости горных пород.
Прежде чем рассматривать вопрос бурения шпуров, отметим, что иногда в процессе разведки россыпных месторождений при проходке выработок (обычно шурфов) в мерзлых породах зарядные камеры в виде неглубоких шпуров не выбуривают, а выдалбливают в забое с помощью тяжелых ломов (в некоторых случаях предварительно нагреваемых на костре).
Бурение шпуров, осуществляемое различными способами и механизмами, заключается в одновременном или последовательном выполнении двух операций — разрушении горной породы в забое шпура или скважины и удалении из них разрушенной породной мелочи (бурового шлама).
Разрушение породы при бурении шпура достигается за счет передачи на забой механических нагрузок, вызывающих в породе напряжения, величина которых превышает ее прочность. Этот вид бурения называют механическим.
В главе, посвященной способам отбойки горных пород, мы отмечали, что область эффективной механической отбойки при проведении горных выработок и тем более разработке месторождений ограничивается невысокой крепостью пород. В связи с тем, что при бурении шпуров разрушению подлежат относительно небольшие объемы пород, механическое разрушение становится целесообразным при любой их крепости, так как затраты энергии, времени, а также износ разрушающего породу материала уже не столь велики, как это имеет место при отбойке.
Шлам из шпуров удаляют водой, воздушными струями или механическим способом.
Под термином «механическое бурение» иногда понимают бурение с помощью машин, противопоставляя ему ручное бурение, осуществляемое человеком с использованием простейших инструментов. Выше мы условились в термин «механическое бурение» вкладывать другое понятие: механическим называется такое бурение, при котором разрушение породы в шпуре достигается за счет передачи на нее механических нагрузок; оно может быть ручным и машинным.
При геологоразведочных работах ручное бурение все еще пользуется распространением главным образом при проходке канав и шурфов, однако следует иметь в виду, что этот дорогой и трудоемкий способ бурения должен применяться только в исключительных случаях. Его применение может быть оправдано только при проходке в труднодоступных районах отдельных и притом небольших по объему горных выработок по породам невысокой крепости или при эпизодическом пересечении выработками (проходимыми в мягких и малосвязных породах) небольшого слоя крепких пород или крупных валунов, требующих взрывного разрушения.
Во всех других случаях эффективность проходки разведочных выработок с ручным бурением шпуров весьма сомнительна; на горных предприятиях ручное бурение не применяется.
Механизмы, применяемые для машинного бурения шпуров, называются бурильными машинами. В зависимости от характера движения породоразрушающего инструмента механическое бурение делят на вращательное, ударное и вращательноударное. Кратко остановимся на сущности и области применения каждого из них.
При вращательном бурении породоразрушающему инструменту придается одновременно вращательное и поступательное движение. Вращающийся инструмент, прижимаемый к забою шпура, разрушает породу, срезая, скалывая или истирая ее. В простейшем случае вращательное бурение шпуров аналогично сверлению отверстий сверлом в дереве или металле, с поверхности забоя непрерывно срезается стружка породы. Такой способ бурения применим для некрепких пород, так как с повышением крепости пород резко возрастают величины необходимого вращательного момента и усилия подачи. Поэтому способ вращательного бурения шпуров имеет наибольшее применение при породах нижесредней крепости.
В породах средней и вышесредней крепости бурение шпуров осуществляется обычно ударным способом. Сущность его сводится к разрушению породы при ударах, наносимых породоразрушающим инструментом по забою.

Представим себе, что породоразрушающий инструмент имеет форму долота; при достаточно сильном ударе о забой этого долота поверхностный слой породы под ним разрушается и на забое образуется углубление в виде канавки, расположенной по диаметру шпура (рис. 11, а). Повторный удар долота по этому же месту, по-видимому, привел бы к разрушению еще некоторого, но весьма незначительного объема породы, а при последующих ударах мы вскоре могли бы заметить, что разрушения породы практически не происходит, так как параметры образованной на забое канавки стали столь значительными, что напряжения, возникающие в породе, контактирующей при ударе с долотом, не превышают ее прочностных свойств. Для того чтобы разрушение забоя продолжалось и осуществлялось эффективно, породоразрушающий инструмент после каждого удара поворачивают вокруг оси шпура на некоторый угол. При этом разрушается порода не только непосредственно под долотом (рис. 11,б), но скалывается довольно значительный объем породы (рис. 11,в) в сторону ранее образованной на забое канавки. Чередование ударов и поворотов породоразрушающего инструмента обеспечивает разрушение всей поверхности забоя и постепенное углубление шпура. Учитывая характер движения бурового инструмента, описываемый способ бурения часто называют ударно-поворотным, хотя повторим, что разрушение породы достигается только при ударах. Выбор соответствующей энергии удара и угла поворота породоразрушающего инструмента обеспечивает эффективность бурения шпуров в породах любой крепости при сравнительно умеренных мощностях бурильных машин.
При вращательно-ударном бурении разрушение породы забоя достигается при ударах и непрерывном вращении породоразрушающего инструмента вокруг оси скважины.
Этот способ бурения применяется в основном при бурении взрывных скважин.