Подземное бурение

ПОДЗЕМНОЕ БУРЕНИЕ (а. underground drilling; н. Untertagebohrung, Untertagebohren; а. forage souterrain; и. perforacion subterranea, sondeo subterraneo) — бурение из подземных горных выработок шпуров и скважин, не имеющих выхода на дневную поверхность. Подземное бурение используется для проходки взрывных скважин и шпуров при сооружении подземных горных выработок и подземной разработке месторождений, горнотехнических скважин при эксплуатации месторождений, а также поисково-разведочных скважин при изучении геологического строения месторождений, их разведке и подсчёте запасов полезных ископаемых.

Подземное бурение скважин ведётся в любом направлении под различными углами к горизонтам; при необходимости — веером или кустами (рис. 2).

Для подземного бурения характерна простота конструкции скважин. Сравнительная однородность пород по физико-механическим свойствам в пределах рудного поля позволяет проходить скважину породоразрушающим инструментом одного-двух диаметров и обходиться без специального крепления. Устье горизонтальных и восстающих скважин оборудуется короткой направляющей обсадной трубой с герметизатором или тройником для слива промывочной жидкости. Диаметры скважин при подземном бурении составляют 46-76 мм при поисках и разведке месторождений, 70-150 мм при эксплуатации и взрывных работах, до 1 м и более при сооружении скважин для специальных целей (вентиляционных и др.). Глубины скважин в основном от нескольких десятков до сотен метров, длина горизонтальных скважин достигает 1000 м и более.

Поисково-разведочные скважины бурят вращательным способом алмазными буровыми коронками с отбором керна одинарными или двойными колонковыми трубами и съёмными керноприемниками. Применяется также вращательно-ударное бурение с алмазными коронками, ударно-вращательное бурение забойными пневмо- и гидроударниками со специальным твердосплавным породоразрушающим инструментом, вращательного и ударно-вращательное бурение шарошечными долотами. Используется в основном прямая, реже обратная промывка скважин с одинарной и двойной бурильной колонной и гидротранспортом керна и шлама.

Эксплуатационные и горнотехнические скважины бурят без отбора керна вращательным способом преимущественно шарошечными или алмазными долотами (взрывные скважины также ударно-вращательным способом погружными пневмоударниками с твердосплавными лезвийными и штыревыми буровыми коронками). Для сооружения скважин большого диаметра с целью оборудования рудоспусков или систем вентиляции бурят с верхнего горизонта на нижний пилот-скважину диаметром 150-200 мм. Достигнув нижнего горизонта, осуществляют бурение снизу вверх расширителем.

Для подземного бурения используют обычное буровое оборудование, применяемое на поверхности (станки типа ЗИФ, СКБ), и специальное — станки со шпиндельным (типа БСК, АБЭМ-100, HKP и др.) и подвижным вращателями. Специальные станки устанавливают на распорных колонках. Станки со шпиндельным вращателем состоят из вращателя с механизмом подачи (поршневым гидравлическим или винтовым), коробки скоростей и двигателя (электрического или высокооборотного пневматического). Спуско-подъёмные операции при бурении станком со шпиндельным вращателем производятся посредством экстрактора, представляющего собой пневмоцилиндр с поршнем, шток которого снабжён приспособлением для захвата бурильной трубы. При движении поршня происходит перемещение бурильной колонны в соответствующем направлении. Экстрактор работает в сочетании с трубодержателем. Наиболее универсальным и эффективным оборудованием для подземного бурения скважин любого назначения, восстающих горных выработок служат станки с подвижным вращателем. Рабочие органы этих станков имеют индивидуальный гидравлический привод и выполняют наряду с вращением и подачей инструмента также спуско-подъёмные операции (в т.ч. в полуавтоматическом режиме). Перемещение вращателя по направляющей раме осуществляется механизмом подачи. На раме, выполняющей функции распорных колонок, размещён также трубодержатель. В зависимости от направления скважин и типа оборудования оно размещается в обычных горных выработках (штольнях, штреках, рассечках) либо в специальных камерах.

Специфика технологии подземного бурения проявляется при проходке горизонтальных и восстающих скважин, когда осевая нагрузка должна компенсировать действие массы бурильной колонны и сил трения. Частота вращения для алмазного бурения до 2500 об/мин. В случае бурения восстающих скважин зернистость алмазов и твёрдость матрицы выбираются с учётом отсутствия шлама под торцем коронки, уменьшают расход жидкости при промывке в 2-2,5 раза и повышают нагрузку на породоразрушающий инструмент на 20-40%, что приводит к возрастанию скорости на 10-50% и снижению расхода алмазов на 10-40%. При бурении восстающих скважин под углом 30±5° улучшается выход керна в связи с уравновешиванием его массы и гидростатического давления.

Перспективы подземного бурения связаны с увеличением длины скважин, гидрофикацией оборудования и повышением степени его механизации и автоматизации.