Механизированная проходка шурфов

Механизированная проходка шурфов осуществляется грейферами, копателями шахтных колодцев, бурильно-крановыми машинами и буровыми установками.

Машинный или буровой способ проведения шурфов заключается в том, что с помощью агрегатов, снабженных шурфобурами или напорными грейферами, производится разрушение и подъем породы на поверхность без присутствия людей в забое выработки.

Шурфопроходческие установки могут быть специализированные, предназначенные только для бурения, такие как КШК-ЗОА, УБСР-25, или комбинированные, которые могут быть использованы как для бурения шурфов, так и для бурения скважин (ЛБУ-50, КБУ-15, УКС-22М). В некоторых случаях могут быть использованы и установки, предназначенные для бурения скважин, но с некоторыми незначительными переделками (УРБ-ЗАМ, УГБ-50М). Установлено, что специализированные установки целесообразно использовать при значительных объемах шурфопроходческих работ (свыше 1000 м в год). При малых объемах выгоднее использовать установки, которые в свободное от проходки шурфов время используются для бурения скважин.

Производительность шурфопроходческих работ во многом зависит от способа подъема инструмента с разрушенной породой из шурфа. Используют три способа подъема и разгрузки породы:

1) разрушенная порода поднимается на поверхность в конце каждого рейса;

• 2) процессы разрушения и подъема совмещаются во времени;
• 3) разрушенная за несколько рейсов порода накапливается в призабойном аккумуляторе, после чего поднимается на поверхность.

При выборе способа подъема пород следует учесть следующие рекомендации.

При глубине шурфов до 4…5 м наиболее рационально использовать шурфобуры, спуск и подъем которых производится с помощью ведущей трубы, т. е. при подъеме бура после каждого рейса.

При глубине шурфов 10… 15 м целесообразно применять скользящие шурфобуры, которые поднимаются после каждого рейса без разборки бурильной колонны.

При глубинах шурфов, превышающих 15 м, применяют аккумулирующие скользящие шурфобуры.

Все существующие конструкции шурфобуров сгруппированы в шесть классов: I — дисковые ДВ; II — шнековые ШБ; III — ковшовые КвБ; IVгрейферные ГБ; Vколонковые КлБ; VI — аккумулирующие АБ.

Дисковые шурфобуры представляют собой стальные диски диаметром, равным диаметру шурфа, с двумя радиальными прорезями, под которыми устанавливаются наклонные режущие ножи. В центре бура имеется опережающее долото в форме стальной треугольной пластины. Дисковые шурфобуры целесообразно применять при проведении мелких и средней глубины шурфов в рыхлых, малообводненных породах. Разгрузка дисковых шурфобуров от породы производится за счет центробежных сил, возникающих при быстром его вращении на поверхности. Для разгрузки может быть использован неподвижный отвальный лемех, при вращении диска лемех сгребает с него породу.

Шнековые шурфобуры представляют собой шнеки, имеющие в нижней части опережающее долото и режущие ножи. Шнеки могут быть однозаходные и двузаходные. Первые — для бурения шурфов в мягких и плотных породах, вторые — в рыхлых, сыпучих.

Ковшовые шурфобуры представляют собой полые цилиндры, снабженные в днище ножами и окнами. Наиболее рациональная область применения ковшовых шурфобуров — сыпучие и обводненные породы. При необходимости крепления шурфов одновременно с углубкой ковшовые буры снабжаются расширителями.

Грейферные шурфобуры являются двух-трехчелюстными грейферами, внедряются в породу под действием осевой нагрузки (рис. 90) или одновременно с вращением. Область применения грейферных шурфобуров — породы, содержащие гальку, гравий и валуны.

Колонковые шурфобуры представляют собой полые цилиндры с двойными стенками. На кольцевом основании цилиндра располагается породоразрушающий инструмент в виде ножей, шарошек, пневмоударников или комбинированный — в виде шарошек с пневмоударниками, шарошек с реактивными горелками. В зависимости от породоразрушающего инструмента определяется область применения колонковых шурфобуров: некрепкие породы (ножи), средней крепости (шарошки), крепкие породы (пневмоударники и комбинированный инструмент).

Аккумулирующие шурфобуры позволяют накапливать разрушающуюся в процессе бурения породу в аккумуляторе, расположенном в корпусе бура. Накопление породы в аккумуляторе может производиться циклично или непрерывно.

Подающаяся к забою промывочная жидкость выносит часть породы на поверхность, а в аккумуляторе скапливаются только крупные частицы. Область применения аккумуляторных буров — неустойчивые породы, в том числе при сильных водопритоках и при проведении шурфов большой глубины.

Рис. 90. Проходка шурфа с грейферной установкой: 1 — рама над устьем шурфа; 2 — лебедка на каретке; 3 — грейфер; 4 — откидной лоток.

Грейферы, применяющиеся на проходке шурфов, по системе привода делятся на неприводные и приводные. Из первых в практике геологоразведочных работ наибольшее применение нашли одноканатные полиспастные механизмы; из вторых — моторные, гидравлические, электромоторно-гидравлические и пневматические, имеющие связь с поверхностным оборудованием через канаты, кабель-канаты, шлангоканаты или штанги.

Для усиления эффективности разрушения породы грейферы могут быть снабжены интенсифицирующим устройством.

При проходке шурфов в отложениях с крупноблочными включениями наиболее эффективно применение грейферов с интенсифицирующими устройствами, в которых интенсификация достигается с помощью виброударных механизмов и напорных устройств или путем проворачивания грейфера на забое.

В глине, суглинке или рыхлых гравийных отложениях шурфы проходят круглой формы при помощи копателей шахтных колодцев, например КШК-ЗОА, КШС-40М, и модернизированного копателя марки КШП-Ф-40А.

Этими агрегатами можно проходить шурфы круглого сечения диаметром 1230… 1300 мм на глубину до 40 м.

Крепление стенок производится одновременно с проходкой шурфа металлическими или железобетонными кольцами.

В основе буровых машин лежит вращательный способ с периодическим подъемом бурового инструмента, заполненного разрушенной породой, на поверхность без подъема бурильных штанг. AiperaT КШК-ЗОА (рис. 91) смонтирован на двухосном прицепе, на котором размещены двигатель, подъемная лебедка, мачта и механизм управления. Рама машины — укороченный прицеп У2-АПЗ. Мачта представляет собой сварную конструкцию из труб.

Буровой инструмент — сварной цилиндр диаметром 750 мм, в днище которого укреплены два режущих лезвия. Центральная часть шурфа разрушается пикобуром. Над корпусом бура имеются два ножарасширителя, разбуривающие шурф до диаметра 1300 мм. Соединения бура с нижней штангой обеспечиваются наличием выступов.

Рис. 91. Копатель шахтных колодцев КШК-ЗОА: 1 — бур; 2 — буровые трубы; 3 — опорная рама; 4 — коробка передач к лебедке; 5 — двигатель с коробкой передач ГАЗ-51; 6 — подъемная лебедка; 7 — верхний редуктор с механизмом вертикальной подачи; 8 — ручная лебедка для опускания обсадных труб.

Таблица 30.

Техническая характеристика машин КШК-ЗОА и КШС-40М дана ниже.

Бурение шурфа производится следующим образом: при вращении бура режущие лезвия и пикобур разрыхляют грунт, который проходит через окно в дне бура внутрь. Одновременно ножи-расширители срезают грунт по верхнему контуру стенок и сбрасывают в бур. После наполнения бура грунтом штанге дается обратный ход на пол-оборота. При подъеме бура ножи-расширители складываются и бур свободно проходит внутрь закрепленного участка шурфа. При выходе из шурфа открывается крышка бура и последний освобождается от грунта. За один цикл бур углубляется на 160… 170 мм.

Копатель шахтных колодцев КШС-40М состоит из следующих основных узлов: базового автомобиля «Урал-375Е», рамы привода генератора, лебедки подъема бура, трехбарабанной лебедки, левого и правого конвейеров, подъемника, привода бура, собственно бура, бурового снаряда, вышки, захвата обсадных колец, прицепа, гидросистемы, электрооборудования.

Установка оборудована специальной лебедкой для подъема обсадных труб. Для удаления породы от устья шурфа имеется ленточный конвейер производительностью 35 м³/ч; дальность выгрузки грунта 4 м.

Скважины большого диаметра бурят при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, их добыче, инженерных изысканиях. Особенно велико значение этих работ при поиске и разведке россыпных месторождений золота, олова, алмазов и пр.

Скважины большого диаметра по своим техническим параметрам могут буриться вместо проходки неглубоких шурфов, что способствует сокращению трудоемкости шурфопроходческих работ, комплексной механизации их проведения, сокращению стоимости.

Буровые установки для бурения скважин большого диаметра подразделяются на предназначенные только для бурения скважин большого диаметра и для бурения скважин небольшого диаметра, но которые при незначительном переоборудовании могут быть использованы для бурения скважин большого диаметра.

Техническая характеристика буровых установок приведена в табл. 30.

Контрольные вопросы

• 1. Техника и технология проходки шурфов в мягких породах.
• 2. Крепление шурфов при проходке в мягких породах.
• 3. Техника и технология проходки шурфов в крепких породах.
• 4. Механизированная проходка шурфов.