Термическое бурение

Термический способ применяют при бурении взрывных скважин в очень крепких окварцованных породах, где механические способы бурения неэкономичны ввиду низкой скорости бурения и большого расхода инструмента. Этот способ применяют, как правило, на открытых работах.

Для разрушения породы используется высокая температура газов, вытекающих струями из горелки реактивного типа со сверхзвуковой скоростью. Интенсивный неравномерный нагрев породы приводит к неравномерному расширению отдельных ее участков, что вызывает механические напряжения, превышающие прочность породы, и она разрушается. При этом величина напряжений зависит от разности температуры отдельных слоев (участков).

Кроме этого, имеет значение увеличение объема кварца вследствие перехода его из одной модификации в другую (при температуре 573° С). Этот переход сопровождается увеличением объема кварца на 2,4%, вследствие этого в породе возникают напряжения, в 2—3 раза превышающие ее временное сопротивление сжатию.

Буровой снаряд для термического бурения состоит из горелки, штанги и устройства для подвода рабочих компонентов.

Горелки для термического бурения

Горелка  состоит из корпуса, выполненного из красной меди и расположенного в стальном кожухе. Для охлаждения горелки в кольцевом пространстве между кожухом и горелкой циркулирует вода. В камеру горелки через форсунку подается горючее (керосин или бензин), а по каналам, расположенным вокруг форсунки, — окислитель (кислород или сжатый воздух). В камере сгорания развивается высокая температура (до 3000° С) и давление до 10 кгс/см2. Через сопло (одно или несколько) газы вытекают со скоростью до 1800 м/с и интенсивно нагревают отдельные участки забоя скважины. Порода трескается, а ее частицы отделяются от массива под механическим воздействием струи газов. Охлаждающая вода подается в скважину, где испаряется. Образующаяся парогазовая смесь выходит из скважины со скоростью до 30 м/с, вынося разрушенную породу. Буровой снаряд в процессе бурения вращают со скоростью от 2 до 30 об/мин. При этом скважина может быть расширена в любой ее части за счет снижения скорости подачи бурового снаряда на забой.

Штанга состоит из внешней трубы, внутренних труб, служащих для подвода соответственно окислителя и горючего. Вода подается по внешней трубе. Длина штанги определяется глубиной скважины и в процессе бурения не наращивается. Рабочие компоненты подаются в горелку под давлением, превышающим давление в камере сгорания.

Подводящее устройство установлено на заднем конце штанги и состоит из корпусас тремя штуцерами, к которым рабочие компоненты подводятся по гибким шлангам. Окислитель подается через штуцер, кольцевую камеру и трубку. Между вращающейся трубкой и корпусом установлена уплотняющая манжета. Охлаждающая вода подается в полость штанги по патрубку, кольцевой камере и трубке. Уплотнение камеры состоит из двух манжет. Горючее подается по штуцеру, кольцевой камере и трубке. Камера уплотнена манжетами. Расположение камеры, подводящей воду, между камерами, подводящими горючее и окислитель, обеспечивает противопожарную безопасность.

Буровой снаряд подвешивается на канате, его вес воспринимается упорным подшипником, а возможные радиальные нагрузки — подшипником. Горючее и вода подаются насосами, а сжатый воздух — компрессором. При применении в качестве окислителя кислорода последний подается из батареи баллонов, где он находится под давлением до 150 кгс/см2. Для снижения давления кислорода до рабочего (10—15 кгс/см2), его пропускают через редукционные клапаны.

При диаметре скважины 120—180 мм расход рабочих компонентов составляет: кислорода — 100—300 м3/ч; керосина — 40—120 кг/ч; воды — 2,5—4,0 м/ч.

При применении в качестве окислителя сжатого воздуха машинная скорость бурения снижается, но, несмотря на это, бурение с применением кислорода менее экономично.

При термическом бурении по кварцитам с  = 18 машинная скорость бурения возрастает в сравнении с шарошечным бурением в 6—7 раз, а стоимость снижается в 3—4 раза.


Смотрите также: