Классификация буровых машин

Буровые машины, применяемые на открытых разработках, классифицируются по:

способу разрушения горной породы;

способу приложения силовой нагрузки к буровому инструменту;

способу удаления продуктов разрушения от забоя скважины;

роду потребляемой энергии;

способу расположения скважины;

назначению.

По способу разрушения горной породы буровые машины подразделяются на осуществляющие механические и физические способы разрушения. К первым относят: машины ударно-вращательного и вращательного бурения шарошечными и резцовыми долотами, производящие разрушение горной по роды инструментом в соответствии с прикладываемыми к нему силовыми нагрузками; ко вторым: машины термического, взрывного, гидравлического, электрогидравлического и ультразвукового бурения, воздействующие на горную породу через жидкую и газообразную среду.

По способу приложения силовой нагрузки к буровому инструменту буровые машины подразделяют следующим образом.

Машины ударного бурения осуществляют последовательные удары по забою инструментом. Постоянно приложенное осевое усилие при этом может вообще отсутствовать (станки ударно-канатного типа) или быть незначительным, но достаточным для удержания машины от отскока после удара по забою и обеспечения ее подачи по мере углубления скважины (перфораторы). Перед каждым следующим ударом (в момент отскока) инструмент поворачивается на не который угол (в ударно-канатных станках — благодаря упругим силам закручивания каната, в перфораторах — благодаря храповому механизму и геликоидальной паре), обеспечивая таким образом разрушение породы по всей площади забоя. Для поворота инструмента требуется небольшой крутящий момент (в силу чего эти машины, как правило, не имеют автономного вращателя).

Машины ударно-вращательного бурения имеют такой же механизм разрушения, как машины ударного бурения. Отличие состоит лишь в том, что при ударно-вращательном бурении инструмент непрерывно вращается вокруг своей оси, в то время как при ударном — вращение (поворот) инструмента происходит только в паузах между ударами. По рода разрушается в основном при внедрении лезвия инструмента под действием удара. Благодаря вращению инструмента производится срезание породы, оставшейся в гребешках после удара. Если коронку не поворачивать, то после нескольких ударов поверхность соприкосновения лезвия с разрушенной породой настолько увеличится, что внедрение лезвия и разрушение горной породы прекратятся.

При ударно-вращательном бурении большая часть энергии расходуется на создание ударной нагрузки, меньшая — на вращение инструмента: осевое усилие прикладывается к инструменту только для нейтрализации сил отдачи, действующих на него в момент удара. Характерные признаки ударно-вращательного способа — большая ударная нагрузка, малые крутящий момент и осевое усилие. Ударно-вращательный способ бурения применяется по крепким, очень крепким и абразивным породам.

Машины вращательного бурения шарошечными долотами осуществляют последовательные удары зубьями (штырями) шарошки по забою, перекатывающейся внутри скважины за счет непрерывного вращения штанги со значительным моментом (тем большим, чем меньше крепость буримой породы) и при постоянном значительном осевом усилии подачи, необходимом для внедрения зубьев шарошки в по роду. Внешне бурение протекает как вращательное. Однако зубья шарошки имеют кратковременный (ударный) контакт с забоем, в силу чего отсутствует фаза резания, для вращательного бурения с использованием инструмента режущего типа.

Машины вращательного бурения резцовыми коронками осуществляют непрерывное срезание и скалывание породы коронкой, ось вращения которой совпадает с осью скважины. Одновременно коронка подается на забой вдоль оси скважины со значительным усилием. Каждый резец коронки при бурении перемещается по винтовой линии, срезая и скалывая породу передней гранью. Вращательное бурение применяют только по слабым углям и породам средней и ниже средней крепости. При крепких породах режущие кромки коронки не способны скалывать стружку значительной толщины и разрушают породу истиранием. При этих условиях работы резцы из металлокерамических, твердых сплавов быстро изнашиваются и скорость бурения падает. Производительно бурить скважины по крепким породам вращательным способам можно алмазными коронками (алмазное бурение), однако ввиду высокой стоимости и дефицитности алмазов (в том числе и искусственных) алмазные коронки используют только в специальных случаях.

Существуют два вида вращательного бурения: сплошное и колонковое. В последнем случае коронка разрушает горную породу только в пределах кольцевой щели, а в середине остается керн, выдаваемый из скважины крупными кусками. При колонковом бурении поверхность контакта коронки с породой меньше и при той же силе подачи давления выше, чем при сплошном разбуривании. Вследствие этого бурение с керном успешно применяется и по породам большой крепости. Однако потери времени на подъем керна снижают среднюю скорость бурения, в связи с чем такой способ бурения на карьерах применяют только для проведения разведочных скважин.

По способу удаления продуктов разрушения от забоя буровые машины подразделяют на машины: с не прерывным удалением, осуществляемым сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (при шарошечном и пневмо-ударном, а в отдельных случаях и при вращательном бурении); парогазовой смесью (при термическом бурении) либо витыми штангами (шнеками) с одновременной подачей и сжатого воздуха, либо только шнеками (при вращательном бурении); с периодическим удалением шламовой смеси из скважины либо с помощью желонок (при ударно-канатном способе бурения), либо с помощью желонок, заполняемых буровой мелочью продувкой скважины сжатым воздухом (при бурении глубоких скважин погружными пневмоударниками больших диаметров — 400—700 мм).

По роду потребляемой энергии буровые станки делят на электрические, тепловые (дизельные), пневматические и гидравлические.

Буровые машины с электроприводом получают питание для сетевого двигателя от линий электропередач.

К тепловым относятся станки, работающие с приводом от дизеля.

К буровым станкам с пневматическим (гидравлическим) приводом относят машины, получающие питание от автономных пневматических (гидравлических) сетей или компрессорных (насосных) станций.

По способу расположения скважины станки под разделяют на станки для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин.

По назначению буровые машины делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин (сверла ручные, а также колонковые и бурильные молотки) и для бурения скважин среднего и большого диаметра (буровые станки).