Буровой инструмент в виде трехперой коронки или трехшарошечного долота со съемными плашками или шарошками, армиро­ванными твердосплавными пластинками, надевается снаружи на сопловой аппарат и крепится к корпусу горелки. При этом сопла горелки располагаются в промежутках между лезвиями буровой коронки. Рабочий орган подвешивается к стреле при помощи двух цепей, служащих для его подъема и опускания, а также передачи осевого усилия на буровой инструмент от пневмопривода, установ­ленного на стреле. Вращение рабочего органа осуществляется че­рез штангу роторным механизмом, установленным на раме ходо­вой части машины.

Образующиеся в результате сгорания газы со сверхзвуковой скоростью вырываются из камеры сгорания через сопловые от­верстия и воздействуют на забой скважины перед резцами буро­вого инструмента. Частично разрушенный термическим воздей­ствием высокотемпературных газовых струй грунт легко разраба­тывается резцами бурового инструмента.

Станки ударно-канатного бурения

Станки ударно-канатного бурения имеют еще достаточное рас­пространение при работах в породах любой крепости. Однако присущие им скорости очень низки по сравнению со скоростями бурения машинами, разрабатывающими грунт другими методами. Сущность ударно-канатного метода заключается в том, что буро­вой снаряд периодически поднимается на некоторую высоту, па­дая, наносит удары по забою скважины и разрушает грунт.

Принципиальное устройство станка ударно-канатного бурения состоит в следующем (рис. 5.). Буровой снаряд, включающий долото 1, ударную штангу 2 и канатный замок 3, подвешивается на канате 4, который, огибая последовательно блок 5 на головной части мачты 6 станка, оттяжной ролик 7 балансира 8 и откло­няющий ролик 9, намотан другим концом на барабан 10 инструментальной лебедки станка. Вращение посредством двигателя и редуктора ударного вала приводит в движение кривошип 11, ко­торый через шатун 12 сообщает колебательное движение балан­сиру 8 станка, на конце которого укреплен оттяжной ролик 7. Качаясь, балансир 8 вызывает перемещение рабочей части каната совместно с буровым снарядом вверх и вниз относительно забоя. При падении на забой буровой снаряд внедряется в грунт и разрушает его. По мере углубления забоя скважины канат по­степенно сматывают с барабана лебедки. Для того, чтобы обес­печить возможность свободного падения бурового снаряда на за­бой, подъем оттяжного ролика балансира станка должен проис­ходить с соответствующей скоростью и притом быстрее, чем его опускание. Поворот долота, осуществляемый в забойном замке во время подъема снаряда над забоем, вследствие свойства сталь­ного каната раскручиваться под нагрузкой и вновь скручиваться при ее снятии обеспечивает формирование скважины круглого се­чения. Через определенные промежутки времени забой скважины очищают от разрушенного грунта при помощи желонки 13, наве­шенной на стрелу рядом с буровым снарядом. Опускание в сква­жину и подъем желонки осуществляются при помощи желоночной лебедки. В процессе бурения в скважину подливают теплую воду. Вода, смешиваясь с разрушенным грунтом, образует буровую грязь-шлам, который легче вычерпывается желонкой.

Режим бурения скважины определяется высотой подъема сна­ряда над забоем, частотой ударов по забою, интервалами и про­должительностью очистки скважины от шлама. При подборе ре­жима бурения необходимо стремиться к максимально возможной высоте подъема снаряда над забоем скважины, что увеличивает энергию каждого удара и повышает эффективность работы ин­струмента. Число ударов должно соответствовать высоте подъема снаряда таким образом, чтобы, во-первых, движение ролика ба­лансира при его подъеме опережало движение каната вниз, обес­печивая свободное падение снаряда на забой скважины, а во-вто­рых, удар инструмента по грунту происходил в момент достижения оттяжным роликом верхней мертвой точки. Несоблюдение этих условий может привести в одном случае к зависанию снаряда на канате вместо удара по забою, что ухудшает проходку и сокра­щает срок службы оборудования, а в другом — к чрезмерному ос­лаблению каната, приводящему к развинчиванию резьбовых со­единений. Число ударов п долота по забою в минуту определяется из соотношения

n=0,118ka0 b/S ,

где k — коэффициент, учитывающий неравномерность движения пальца кривошипа и равный 0,9—0,95; a0 — угол поворота пальца кривошипа, соответствующий подъему оттяжного ролика с ниж­него мертвого положения до верхнего, градусы; b — ускорение до­лота при свободном падении в буровом шламе (b = 5÷7 м/с2); S — ход инструмента, т. е. высота подъема долота над забоем, м.

Максимальную массу бурового снаряда определяют в зависи­мости от диаметра скважины и конструктивных параметров станка по формуле

Мmax= (Н-2h)P,

где а — отношение диаметра бурового снаряда к диаметру сква­жины (а=0,7÷0,8), максимальное значение а не должно быть бо­лее 0,8, так как в противном случае замедляется скорость падения бурового снаряда, что приводит к снижению энергии каждого удара и, следовательно, скорости проходки; D — диаметр долота, м; H —высота мачты станка от поверхности земли до оси голов­ного блока, м; 2h — запас высоты мачты, равный примерно удво­енной величине подъема бурового снаряда, м; (H—2h)— длина бурового снаряда; р — плотность стали (7,85 т/м3).

Существующая конструкция станков ударно-канатного буре­ния позволяет применять их преимущественно в стационарных или близких к ним условиях. Эти станки недостаточно мобильны и, несмотря на простоту технологии, малопроизводительны по срав­нению с машинами, основанными на других принципах вертикаль­ного бурения. Важным качеством ударно-канатного метода буре­ния является его универсальность: способность разбуривать лю­бые грунты.

Рис. 5. Принципиальная схема станка ударно-канатного бурения (а) и типы рабочего инструмента (б):

/ — инструмент в сборе; //, /// и IV — типы долота; V — желонка

Машины для разработки скважин методом ударного желонирования

В настоящее время единственно универсальными буровыми машинами, способными бурить любые грунты в широком диапа­зоне глубин, являются станки канатно-ударного бурения. Однако реализуемая ими технология и буровой инструмент являются ма­лопроизводительными. При бурении рабочий орган, выполненный в виде подвесного долота, периодически приподнимается и сбра­сывается на забой. Разрушение грунта производится путем нане­сения непосредственно по нему ударов долотом, что само по себе весьма эффективно. Однако после ряда ударов сколотый грунт начинает мешать проходке, отбирая энергию долота на излишнее свое измельчение, создавая демпфирующую подушку, снижающую скорость долота перед нанесением удара по неразрушенному грунту. При этом значительная часть энергии каждого удара тра­тится на непроизвольное перемалывание отколотых от массива кусков грунта. Кроме того, необходимы дополнительные работы по извлечению из скважины разрушенного грунта.