Ударно-вращательное бурение

УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОЕ БУРЕНИЕ (а. percussive-rotary drilling; н. Drehschlagbohren; ф. forage rotopercutant, perforation roto-percutante, forage par rotary-percussion; и. perforacion giratoropercusivo, sondeo giratoropercusivo, taladrado giratoropercusivo) — способ бурения, при котором разрушение породы осуществляется путём нанесения ударов по непрерывно вращающемуся породоразрушающему инструменту. Применяется при ведении горных работ для бурения шпуров и скважин глубиной 25-50 м, диаметром от 40 до 850 мм и при поисках и разведке месторождений для бурения скважин глубиной до 2000 м, диаметром 59-151 мм. При горных работах для ударно-вращательного бурения шпуров используют тяжёлые пневматические бурильные молотки на каретках, скважин — поверхностные пневмо- и гидроударные машины; для бурения геологоразведочных скважин — погружные гидро- и пневмоударники. Осевая нагрузка и крутящий момент передаются с поверхности через колонну бурильных труб породоразрушающему инструменту (коронки и долота с лезвийными и штыревыми твердосплавными вставками, шарошечные долота и коронки, армированные сверхтвёрдыми материалами и алмазами).

При ударно-вращательном бурении разрушение породы происходит путём её скалывания и дробления за счёт нанесения ударов по породоразрушающему инструменту. Образующиеся на забое выступы частично срезаются лезвиями породоразрушающего инструмента при поворотах между ударами. Энергия единичного удара главным образом 1-2 Дж на 1 мм длины лезвия (пневматические молотки, пневмоударники) и 0,1-0,15 Дж на 1 мм диаметра коронки (гидроударники), расстояние между насечками от ударов по контуру шпура или скважины от 2 до 8 мм (в зависимости от крепости пород), частота ударов от 1000 до 3000 уд/мин, осевая нагрузка 150-400 Н на 1 см диаметра шпура или скважины.

Различают ударно-поворотное (в т.ч. виброударное) ударно-вращательное бурение и вращательно-ударное бурение и его разновидности (гидроударное бурение). Ударно-поворотное бурение характеризуется высокими значениями энергии единичного удара (2-3 Дж на 1 мм длины лезвия) и малым углом поворота между ударами (2-3°), т.к. разрушение породы (скалывание, дробление) происходит только за счёт ударов при отсутствии контакта инструмента с породой между ударами. Породоразрушающий инструмент представляет собой коронки и долота, армированные пластинчатыми твердосплавными вставками с симметричным углом при вершине (90-110°С) или цилиндрическими со сферической рабочей поверхностью. Способ наиболее эффективен при бурении крепких абразивных пород.

Ударно-вращательное бурение впервые применено в России в 1905-07 инженером В. В. Вольским при бурении скважин на нефть и газ на Кавказе. Для бурения скважин на твёрдые полезные ископаемые ударно-вращательное бурение впервые было использовано в CCCP на Урале в 1930 инженером В. Н. Комаровым. Первые экспериментально-теоретические работы по ударно-вращательному бурению применительно к бурению шпуров и взрывных скважин выполнены в 1934-37 в Днепропетровском горном институте профессором Е. Ф. Эпштейном.