Подготовка скальных пород к выемке и погрузке осуществляется в основном методом взрывания скважинных зарядов. Для бурения скважин применяются почти все виды буровых станков серийного изготовления. Бурение шпуров широко применяется на карьерах по добыче блочного облицовочного камня, а также на вспомогательных работах (дробление негабаритных кусков породы, разработка сезонной мерзлоты и др.)*

Станки шарошечного бурения

Шарошечное бурение находит все большее применение для бурения пород с коэффициентом крепости / = 6 -г- 16. Рабочим органом станков является шаро­шечное долото, привинчиваемое на нижний конец бурового става трубчатых штанг.

Основными достоинствами станков шарошечного бурения являются — вы­сокая производительность, непрерывность процесса бурения, возможность его автоматизации; недостатками — большая масса станков и малая стойкость до­лот в труднобуримых породах.

В общих затратах на бурение скважин от 20 до 45% составляют расходы на буровой инструмент. От правильного выбора типа долот в значительной сте­пени зависят их стойкость, скорость и стоимость бурения.

Режим бурения шарошечными долотами определяется частотой вращения долота, осевым давлением, а также количеством подаваемого воздуха для очистки скважины от буровой мелочи и охлаждения долота.

Станки шнекового бурения

Шнековое бурение применяется для проходки вертикальных и наклонных скважин в основном на карьерах по добыче цементного сырья и гипса в породах с коэффициентом крепости / = 4 -ь 6 (мел, мягкие известняки, гипс, гипсоан- гидрит и др.).

Станки шнекового бурения характеризуются простотой в эксплуатации и высокой производительностью в породах, соответствующих этому виду бурения.

Технология шнекового бурения заключается в образовании взрывных сква­жин долотами режущего типа (резцами) под воздействием осевого усилия и вра­щения бурового става. Передача резцу крутящего момента и осевого усилия, а также удаление буровой мелочи из забоя обеспечиваются шнековыми штангами с ребордами винтовой формы.

Основными технологическими операциями шнекового бурения скважин являются: собственно бурение, наращивание и разборка бурового става, состоя­щего из отдельных штанг. Осевое давление на буровой инструмент и подача по­следнего на забой осуществляются под действием массы вращателя и бурового става и принудительно.

Режим шнекового бурения характеризуется усилиями подачи, частотой вращения бурового инструмента и эффективностью удаления буровой мелочи. При изменении крепости пород (/) от 1 до 6 осевое давление должно возрастать с 40—50 до 400—600 кгс на 1 см диаметра резца, а частота вращения — сни­жаться с 248—200 до 80—120 об/мин.

Выбор оптимального режима бурения производится с учетом типа приме­няемых резцов на основе проведения экспериментов с определением производи­тельности станка и стоимости бурения в конкретных условиях.

Существенным недостатком шнекового бурения является значительная потеря глубины скважины (до 15%) из-за неполного удаления шнеками разру­шенной породы. Устранение этого недостатка достигается внедрением шнеко-пневматической очистки скважины от буровой мелочи, при которой по трубам шнека в скважину подается воздух (в количестве 2—5 м³/мин), резко повыша­ющий эффект очистки скважины.

Станки ударно-вращательного бурения

Ударно-вращательное бурение целесообразно применять на карьерах малой и средней производительности в породах средней и выше средней крепостд, а также на карьерах большей производительности в пределах косогорной части разрабатываемых горизонтов, где перемещение тяжелых станков шарошечного бурения практически невозможно.

Станки ударно-вращательного бурения просты по конструкции и обслужи­ванию, имеют малую массу, высокую маневренность и применяются для бурения вертикальных и наклонных скважин в крепких породах. В табл. 69 приведена их техническая характеристика.

Рабочими органами станков являются пневмоударники. С помощью клапан­ного устройства сжатый воздух, поступающий по буровой штанге, приводит

* Станок СБУ-100 выпускается вместо СБМК-5. Выпущена первая партия — 10 стан­ков.

в возвратно-поступательное движение поршень с бойком, наносящим удары по хвостовику буровой коронки. Частота ударов 1700—2500 в минуту. Вращение пневмоударника вместе со штангой осуществляется электрическим вращателем, который расположен вне скважины.

Буровая мелочь удаляется из скважины водо-воздушной смесью или сжатым воздухом.

При пневмоударном бурении применяются коронки нескольких типов: одно долотчатые (зубильного типа), со сплошным лезвием и с лезвием, армиро­ванным двумя пластинками твердого сплава. Коронки армированы твердым сплавом ВК-15Т.

При малой работе единичного удара однодолотчатая коронка, обладающая минимальной длиной лезвия, имеет наибольшее удельное давление лезвия на буровую породу. Существенным недостатком однодолотчатых коронок является интенсивный их износ как по высоте, так и по диаметру.

Для устранения недостатков, присущих однодолотчатым коронкам, предло­жены долотчатые коронки с опережающим лезвием и двухдолотчатыми перифе­рийными лезвиями. Такие коронки меньше изнашиваются и обеспечивают более высокую скорость бурения за счет ступенчатости забоя.

Увеличение износостойкости коронки как ио высоте, так и по диаметру до­стигается постановкой в долотчатой коронке дополнительных периферийных лез­вий, параллельных основному.

В трещиноватых породах применяются трехлезвийныё и крестовые коронки, как правило, с опережающим лезвием.

Режим бурения характеризуется энергией удара коронки осевым давле­нием, частотой ударов пневмоударника и частотой вращения бурового става. Энергия удара помимо массы и длины⁴ хода поршня пневмоударника зависит от давления сжатого воздуха. При небольшом давлении воздуха происходит истирание горной породы и буровой коронки. С увеличением давления воздуха буровая коронка эффективнее внедряется в забой, бурение происходит за счет скола породы и сйорость его увеличивается. Оптимальное значение осевого да­вления составляет 20—30 кгс на 1 см диаметра долота. Оптимальная частота вращения бурового става для пневмоударников диаметром 100—125 мм соста­вляет: в породах крепких и весьма крепких (/ = 14 Щ 18) 20—40 об/мин, в по­родах средней крепости (10,4- 12) 40—60 об/мин и в породах ниже средней крепости (/= 8 % 10) 60-90 об/мин.

Станки канатно-ударного бурения

Ударное бурение с применением ударно-канатных буровых станков исполь­зуется лишь при бурении в сильнотрещиноватых породах, в которых бурение возможно только с обсаднымвг трубами, а также в условиях закарстованных пород.

В настоящее время серийно изготовляется станок БСММ. Техническая характеристика его приведена в табл. 72.

Буровой инструмент состоит из долота, штанги и канатного замка, свинчи­вающихся между собой. Угол приострения головки долота принимают 90— 120°. При бурении в трещиноватых породах для предотвращения отклонения долота в сторону от оси скважины применяют крестовые или фасонные долота.

Процесс канатно-ударного бурения включает четыре основные операции: 1) собственно бурение, при котором в скважину подливается вода для образова­ния на дне скважины бурового шлама; 2) подъем инструмента из скважины; 3) чистка скважины от шлама, которая производится через каждые 0,7—1,5 м бурения при помощи желонки с хвостовым клапаном; 4) опускание инструмента в скважину для дальнейшего бурения.

Наплавка долот твердым сплавом. Изготовленные из углеродистой стали марок У8 и У8А закаленные долота имеют низкую эксплуатационную стойкость и требуют частой замены. Рабочую часть долот можно делать более износостой­кой, применив для этой цели трубчато-зерновой твердый сплав рэлит ТЗ. На­плавка ТЗ на долото производится при помощи газовой горелки ацетилеио-ки- слородным пламенем. Наплавку лезвия долота производят таким образом,, чтобы его вершина не перегревалась и не сплавлялась. Толщина слоя наплавки не должна превышать 3 мм; нарушение этого правила ведет к перерасходу твер­дого сплава, повышает хрупкость наплавленного слоя и изменяет форму лезвия.

Станки огневого (термического) бурения

Огневое (термическое) бурение может быть использовано в весьма трудно- буримых кварцсодержащих породах с коэффициентом крепости 20. Огне­вое бурение применяется на Токовском карьере по добыче гранита. Этот вид. бурения весьма перспективен для крупных карьеров по добыче кварцсодержа­щих изверженных пород.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается станок термо-механического бурения СБТМ-20. Техническая характеристика его при­ведена в табл. 74.

Основными технологическими операциями являются: зажигание горелки; собственно бурение, заключанвдееся в подаче вращающегося термобура на забой; расширение скважины в нижней ее части (при создании котловой полости) или по всей ее глубине и очистка скважины. В камере сгорания огнеструйной горелки смешиваются горючее и окислитель и образуются высокотемпературные газовые струи,„которые, проходя через _сопловой аппарат, приобретают сверх­звуковую скорость. Охлаждение горелки и пылеподавление осуществляются водой и сжатым воздухом.

При использовании в качестве окислителя сжатого воздуха рациональны односопловые горелки, позволяющие повысить концентрацию газового потока. Двух- и трехсопловые горелки применяют при окислителе — газообразном ки­слороде. Стойкость горелок обычно составляет 800—1000 м.

Горючее и вода из расходных баков, смонтированных на станке, подаются к горелке посредством агрегатов по трубопроводам, а окислитель — по гибким шлангам. Для удаления газа и пара из скважины служит газоотсасывающая установка с центробежным вентилятором. Глубина огневого бурения в среднем составляет 18—23 м, так как бурение ведется без наращивания штанг, внутри которых расположены трубопроводы подачи к горелке^горючего и воды.

В качестве горючего используются керосин и дизельное топливо, а окисли­телем является газообразный кислород или сжатый воздух. Режим термического бурения характеризуется температурой и скоростью газового потока. Регулиро­вание частоты вращения и подачи на забой термобура является технологическим средством изменения теплового потока.

Ручные перфораторы

Техническая характеристика перфораторов приведена в табл. 75.

Буровой инструмент. Съемные буровые коронки изготовляются из стали марок У8 и У8А. Форма коронок: долотчатая, крестообразная, Т-образная и фа-

сонная с опережающими лезвиями. Согласно ГОСТ 6086—64 коронки выпуска­ются:^ с прямоугольными металлокерамическими пластинками для бурения шпуров в крепких монолитных породах; с клиновидными металлокерамическими пластинками для бурения в породах средней крепости (до — 10 по шкале проф. М. М. Протодьяконова); крестовые с прямоугольными и клиновидными пластинками, предназначенные для бурения в трещиноватых породах различной крепости.

Коронки долотчатой формы с прямоугольными пластинками изготовляют с боковыми отверстиями для промывки, долотчатые коронки — с клиновид­ными пластинками и крестовые — с центральными и боковыми промывочными отверстиями.

Соединение коронок со штангами осуществляется при помощи гладкого конуса с углом наклона 3° 33', угол заточки коронок 110°, угол бокового наклона перьев коронок 3°.

Борьба с пылью при бурении шпуров в основном осуществляется с помощью воды (мокрый способ бурения). Однако в тех случаях, когда применение пыле- подавления водой невозмояшо, используют пылеуловители, которые отсасы­вают пыль из забоя шпура в изолированные емкости. Пылеуловитель состоит из корпуса, циклона, матерчатого фильтра, пневмоцилиндра с разгружающим цилиндром для разгрузки уловленной пыли. Применяются пылеуловители ПО-4М и 4П.

Для защиты бурильщика от вибрации перфоратора при бурении применяют виброгасящие каретки

Оборудование для погрузки блоков и уборки отходов

На большинстве карьеров по добыче блоков и заготовок для погрузки их ® автомобильный транспорт применяются автомобильные краны грузоподъем­ностью от 3 до 6 т и самоходные краны на пневмоколесном ходу грузоподъем­ностью от 10 до 25 т.

Перемещение блока в пределах рабочей зоны карьера выполняется тракто­рами мощностью от 100 до 250 л. с.

Зачистка рабочих площадок от отходов осуществляется бульдозерами с по­следующей погрузкой отходов в автотранспорт мехлопатами с ковшами «емкостью 0,5—1,25 м³.