Пневмоударное бурение

ПНЕВМОУДАРНОЕ БУРЕНИЕ (а. pneumatic impact drilling; н. Druckluftschlagbohren, pneumatisches Schlagbohren; ф. forage par percussion pneumatique, sondage par battage а air соmprime; и. perforacion neumatica por percucion, sondeo por percucion neumatiсо) — разновидность ударно-вращательного бурения с использованием погружного бурильного молотка (пневмоударника). Современные погружные пневмоударники работают на энергии сжатого воздуха с давлением 0,5-1,5 МПа и имеют клапанное или бесклапанное воздухораспределение. Поршень-боёк пневмоударника за счёт поступательно-возвратного движения наносит удары по хвостовику, который является частью долота (сплошное бурение), или входит в состав пневмоударника и передаёт удары колонковому снаряду (керновое бурение). Вращение пневмоударника осуществляется вместе с долотом и буровым ставом вращателем, установленным на станке; частота 30-70 об/мин. Буровой став наращивается по мере углубления скважины. Пневмоударники применяются при бурении взрывных, технических, поисковых и разведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые, воду, нефть и газ. Скорость бурения определяется конструкцией породоразрушающего инструмента, частотой вращения и ударов и энергией единичного удара. Скорость расчётов с увеличением давления сжатого воздуха и энергии единичного удара. В качестве породоразрушающего инструмента используют 3- или 4-лопастные долота, армированные пластинками твёрдого сплава. В последние годы широко применяются долота с рабочей поверхностью различных конфигураций, армированными цилиндрическими вставками твёрдого сплава со сферическими рабочими поверхностями. Такие долота более износоустойчивы. Иногда в качестве породоразрушающего инструмента используют шарошечные долота. Для геологоразведочного бурения с отбором керна служат специальные твердосплавные коронки с колонковыми снарядами. В подземных условиях применяют погружные пневмоударники, работающие на водо-масло-воздушной смеси, которая обеспечивает при выхлопе успешное пылеподавление на забое. В случае работы на сжатом воздухе для пылеподавления в буровой став подаётся вода. На открытых горных разработках применяют бурение с использованием в основном сжатого воздуха, а образующаяся пыль улавливается системами сухого пылеулавливания (циклоны и тканевые рукавные фильтры). Применяют также мокрое пылеподавление.

Погружными пневмоударниками бурят взрывные скважины глубиной до 40 (50) м и диаметром 80-150 мм, а с расширителями — до 250-300 мм. При геологоразведочных работах применяют пневмоударники, отличающиеся большей массой бойка, что повышает коэффициент передачи удара через колонковый снаряд, наличием обратных клапанов, предотвращающих попадание в механизм воды и шлама при спуске в скважину. Диаметр скважин 76-151 мм, глубина до 200-500 м. В условиях водопроявлений практикуется подача в скважину небольшого количества воды и добавки поверхностно-активных веществ. Эффективность бурения снижается по мере увеличения подпора на выхлопе пневмоударника.

При бурении глубоких нефтяных и газовых скважин, а также гидрогеологических скважин диаметром 180-250 мм используют специальные пневмоударники, работающие при высоком давлении сжатого воздуха. Пневмоударное бурение эффективно в породах с коэффициентом крепости по классификации М. М. Протодьяконова свыше 8 (scж>=80 МПа). Для подземного пневмоударного бурения в CCCP получили распространение (до 50% объёмов) специальные передвижные станки, устанавливаемые в выработке на распорной колонне типа HKP-100 М, ЛПС-3 и др. Разрабатываются пневмоударные станки на самоходных пневмошинных базах. На открытых горных работах в CCCP распространены самоходные станки на гусеничном и пневмошинном ходу типа 1СБУ-125, СБУ-100П (рис.) и др.

Зарубежные фирмы также выпускают пневмоударные станки для бурения скважин диаметром 80-200 мм и более (в отдельных случаях до 800 мм) и глубина до 80 м.

Для геологоразведочного пневмоударного бурения применяют станки шпиндельные или с подвижным вращателем. За рубежом распространено бурение погружными пневмоударниками на двойной бурильной колонне с обратной продувкой и выносом разрушенной породы на поверхность по центральному каналу.

Механическая скорость пневмоударного бурения возрастает по сравнению с вращательным, хотя в породах средней крепости и крепких вращательное бурение шарошечными долотами при рациональных режимах может обеспечивать более высокие скорости.