Бурение
Значение слова Бурение по Ефремовой:
Бурение - Процесс действия по знач. глаг.: бурить.
Бурение в Энциклопедическом словаре:
Бурение - процесс сооружения горной выработки (шпура, буровой скважины,реже шурфа, шахтного ствола) преимущественно круглого сечения в земнойкоре для изучения геологического строения, поисков, разведки, добычиполезных ископаемых, инженерно-геологических изысканий и др. Применяетсябурение шпуров в искусственных материалах (бетоне и т. п.). Основнойспособ бурения - механический.
Значение слова Бурение по словарю Ушакова:
БУРЕНИЕ
бурения, ср. (тех.). Действие по глаг. бурить.
Значение слова Бурение по словарю Брокгауза и Ефрона:
Бурение — Искусство бурения земли, бывшее еще, можно сказать, в колыбели в начале XIX столетия, во второй половине получило такое развитие и усовершенствование, что с помощью его представилось возможным пробурить величайшие в мире тоннели: Сент-Готтардский, длиной 14 верст, Монт-Сениский — 11½ верст, Сент-Бернардский — 12½ верст и т. д. и достигнуть глубины в вертикальных скважинах земли, например в Шперенберге в Пруссии, 4100 футов. Вот те пределы, до которых в настоящее время достигли энергия и изобретательность человека. В последние 15—20 лет все системы прежние и изобретенные новые (щитовая) получили весьма значительные усовершенствования, а в особенности алмазное Б.; американское: канатное и на деревянных штангах с ножницами, равно ударное и вращательное при бурении тоннелей. Алмазным бурением возможно в настоящее время вести скважины до 12 дюймов диаметром, вследствие усовершенствования трубчатого бура с алмазной коронкой. Американские системы бурения подняли свою производительность через увеличение веса ударного инструмента. Для выбора в данном случае той или другой из нижеописанных систем бурения можно руководствоваться следующими правилами, предложенными инженером Фауком. 1) Для совершенно мягких, но не обваливающихся грунтов, при глубине до 100 саженей и при малом диаметре, следует употреблять обыкновенный бур на штангах. 2) Для тех же пород, но на большую глубину, следует применять ударную систему Фовеля с чисткой скважины водой. 3) Для песчано-глинистых пород можно предложить вращательный, затем ударный способ Б. с промывкой водой и опущением обсадных труб. 4) Для немного твердых, не обваливающихся грунтов, при средней величины диаметре — Б. с ножницами на канате или на деревянных штангах. 5) При грунтах средней и большой твердости и таких же диаметрах скважин — алмазное Б. 6) Для скважин больших диаметров, при часто изменяющихся напластованиях, употребить свободно падающий инструмент: а) для ручного Б. — обыкновенный Фабиана; б) для парового Б. — автоматически действующий прибор с большим подъемом ударного инструмента, и в) для малых диаметров Фабиановский инструмент с отбоем рычага и паровым двигателем. Все системы Б. можно разделить на две большие группы: A) вращательное и B) ударное; как то, так и другое может производиться ручным и машинным способом. Какова бы ни была система Б. и к какой бы она группе ни принадлежала, приготовительные работы к Б. всегда будут одни и те же. Работы эти состоят в устройстве буровой башни и установке направляющей трубы в том месте, где будет производиться Б. скважины. Буровая башня (так называется постройка в виде усеченной пирамиды, обыкновенно деревянная) возводится над буровой скважиной для помещения в ней рабочих и разного рода приспособлений для производства Б. Буровые башни бывают открытые и закрытые, т. е. обшитые досками для защиты от дождя и ветра. При ручном Б. на довольно значительную глубину, до 50 саженей и даже более, ограничиваются треногами, ведя работу на открытом месте. В буровой башне устраивается деревянный станок, называемый буровым. В этом станке устанавливается рычаг, или балансир, для подъема ударного прибора, ременные шкивы, принимающие движущую силу от локомобиля, канатные барабаны, шестерни, зубчатые колеса, приборы для регулирования длины буровых штанг во время работы, насосы и т. д. Устройство бурового станка для каждой системы Б. бывает различно, но в общем разнится мало. В Баку на Кавказе, где применены почти все системы Б., исключая алмазную, в большом употреблении буровой станок Ленца, как самый практичный. Буровой станок Ленца Паровая машина посредством ремня (a) приводит в движение деревянное колесо B и вал b, на который навивается цепь, перекинутая через блок C, которая имеет на своем конце крюк для подымания и опускания штанг и др. приспособлений. Во время поднятия или опускания штанг рычаг или балансир отодвигается немного назад. Когда в скважину опущены все штанги и приборы, то рычаг выдвигают вперед, чем подвесное на нем кольцо приводится к середине скважины; в таком положении его оставляют, соединяя конец рычага со штангой, выходящей из скважины, посредством уравнительного прибора G (см. Буровые инструменты). Затем цепь свивают с вала b и ремень d надвигают на колесо K, сообщающее рычагу D качательное движение посредством кривошипа j и штанги l, и на колесо A, насаженное на тот же вал b, по другую сторону, за колесом B, на чертеже не видное. Вот все устройство по передаче движения бурового станка Ленца. Когда скважину надо очистить, то отодвигают рычаг, как это делали раньше, вынимают из скважины все штанги с долотом и посредством каната, перекинутого через блок c2 и навернутого на вал b1, вращающийся вместе с колесом B1, опускают в скважину желонку (см. Буровые инструменты) или черпак. Колесо B1 приводится в движение трением с колесом B, для чего посредством рычага m оно может быть по произволу придвигаемо и отодвигаемо от колеса Б. Для регулирования качаний рычага (балансира) на другом его конце привешивают груз, который по мере удлинения штанг должен увеличиваться настолько, чтобы вес всех спущенных в скважину штанг уравновешивался бы грузом противовеса. Шкивы для подъемных канатов надо, по возможности, отодвигать один от другого, чтобы потом при работе крюки, вертлюги и проч. не задевали один за другой. Канаты для глубоких скважин следует употреблять плоские, так как при навивке их не бывает вовсе толчков, так вредно действующих при соскакивании во время навивки. Одновременно с постройкой башни и устройством бурового станка приступают к установке в скважине направляющей трубы (матицы). Для этого в том месте, где будет скважина, роют колодезь глубиной от 7 до 20 футов, смотря по тому, на какой глубине встретится твердый грунт, на котором можно установить матицу. Она делается из чугуна, дерева или железа, значительно большего диаметра, чем скважина, и должна быть установлена вертикально по отвесу, и с таким расчетом, чтобы середина ее находилась на отвесной линии, проходящей через точку привеса бурового инструмента к рычагу станка. Когда матица установлена и устройство башни и станка окончено, тогда можно приступить к бурению. Бурение, как сказано выше, разделяется на 2 группы, а именно: A) Вращательная система бурения бывает ручная и машинная. Первая употребляется для разведки грунтов, для строительного дела на небольшую глубину, до 10 саженей — и тогда для этого выгодно употреблять ручной бур, изобретенный горным инженером С. Войславом, описанный под названием Бур ручной (см. это слово). Ручной способ вращательного бурения — самый обыкновенный и вместе с тем самый старинный, и если он применен к грунтам мягким или даже и средней плотности, но однообразно расположенным, и если буровая скважина небольшого диаметра и стенки не обсыпаются, то работа производится успешно и стоит недорого, так как употребляемые для сего инструменты весьма просты и дешевы. В прежнее время, когда для очистки инструмента и скважины требовалось каждый раз вынимать его, работа шла тихо, стоила непомерно дорого и поэтому не имела более широкого применения. Для наглядности возьмем, например, буровую работу на глубине 15 саженей и посмотрим, сколько нужно было времени для поднятия лишь за один раз всех штанг и бурового инструмента. Положим, что среднее время, нужное для развинчивания и поднятия одной саженной штанги, равно 5 минутам, следовательно, для вынимания инструмента с глубины 15 саженей потребуется время в 15 раз большее, т. е. 75 минут или 1 час 15 минут. Кроме потери времени, от постоянного развинчивания и свинчивания штанг, происходит порча винтового нареза на них, а также и частые обвалы стенок скважины. Все это настолько делало работу затруднительной и дорогостоящей, что приискание лучшего способа бурения занимало всех лиц, близко стоящих к этого рода работам. В начале сороковых годов французский инженер Фовель (Fauvelle) начал употреблять для бурения полые штанги и накачивать и нагнетать в них воду, которая, по мере углубления бура, подымалась обратно кверху между стенками его и скважины, унося с собой землю, осколки пород каменистых, грязь и проч. Это изобретение составило эру в буровой технике. При таком устройстве не может быть никогда скопления грязи на дне скважины и надобности в подъеме инструмента, а потому можно безошибочно утверждать, что этим изобретением Фовеля трудность бурения уменьшилась на девять десятых. Бур Фовеля, кроме описанных выше преимуществ, имеет и то важное значение, что одинаково свободно действует как на небольшой, так и на весьма значительной глубине. Опыты, произведенные при применении этого бура, показали, что производство работ обошлось в 15 раз дешевле, чем посредством бура старого образца. При всех своих достоинствах бур Фовеля имеет тот недостаток, что не может быть употреблен везде с одинаковой выгодой, так как не везде имеется вода в достаточном количестве для его действия. Несмотря на это, он все-таки остается до настоящего времени самым лучшим буровым инструментом во всех ныне существующих системах бурения при производстве работ по сверлению, как вертикальных, так и горизонтальных скважин. Работы по бурению на сплошных штангах обыкновенным буравом или ложкой (резак) производятся так: сначала на глубину одной сажени ввинчивание бурава производится особым штанговым ключом, поворачивая слева направо и наблюдая, чтобы тотчас, как только бурав или ложка наполнятся выбуренной землею доверху, что бывает после углубления бура на 14—15 дюймов, вынимать их, дабы не засасывался инструмент. Для дальнейшего углубления навинчиваются штанги, которые подымаются и опускаются на блоке, подвешенном к треноге. Крюк, которым захватываются штанги, подвешен или соединен с канатом вертлюгом, для свободного поворота в обе стороны подвешенных к нему штанг. Крюк этот, имеющий форму вилки, для предупреждения соскальзывания штанг запирается крючками. Подъем штанг и опускание производится лебедкой, к которой приставляется двое рабочих. На Кавказе, в Баку, при всех системах начинают бурение ручным способом посредством особых цилиндрических открытых или закрытых буров (см. Буровые инструменты). Первые употребляются в грунтах глинистых и вязких, а вторые в сыпучих, как песок. Эти буры очень употребительны, так как ими вместе производится и очистка скважины. Бурение этими инструментами производят на довольно большую глубину, если грунт мягкий; но глубина эта не должна превышать 150 или 200 футов (что зависит от твердости проходимых пород), так как при большей глубине происходит скручивание штанг и их поломка. Для начала же бурения на небольшую глубину прием этот очень практичен. При бурении скважин для разведок грунта и других надобностей в местах, где бур проходит по слоям сыпучего и водянистого песка или ила, необходимо укреплять в этих местах стенки скважины, что и делается посредством опускания железных труб диаметра меньшего, чем скважина отверстия. При бурении же отверстия для добывания соли или нефти, одновременно с началом бурения опускают и обсадные железные трубы. Трубы эти делают из листового железа в 1/8 до 3/1 6 дюйма толщиной, длиной 5 футов и соединяются заклепками. Опускание труб составляет весьма важную часть бурения. Для того, чтобы трубы опускались свободно, имеется расширитель (см. Буровые инструменты), который опускается впереди трубы вместе с буром и расширяет скважину на 1½ или 2 дюйма вокруг труб. Несмотря на это, на значительной уже глубине вследствие трения их об стены скважины, которые часто обсыпаются, трубы не могут опускаться от собственного веса, а нужно употреблять для этого усилие в виде домкратов или гидравлических прессов с силой от 10 до 15 тонн. Самое простое укрепление буровых скважин производится посредством конических труб, в которых верхний диаметр немногим больше нижнего, и в этом месте они соединяются заклепками, число которых в каждом ряду равно числу дюймов диаметра труб, например при 4 дюймах труба склепывается 8 заклепками. Бурение на пустотелых штангах с промывкой скважин водой производится ручным и машинным способом. В обоих случаях наконечником бывает трубчатый бур со стальной или алмазной коронкой; первый применяется к грунтам мягким, а второй к твердым. Для вращения труб при ручном бурении употребляется зажим с ручками (см. Буровые инструменты), который прикрепляется к трубам и трубчатыми рычагами, надеваемыми на ручки, приводится во вращательное движение подобно тому, как и на сплошных штангах. При горизонтальных буровых скважинах вращательное движение буру сообщается посредством колеса с ручками. Работа производится беспрерывно, до совершенного заполнения породой трубчатого бура, причем насос должен быть постоянно в действии, дабы буровая грязь не могла оседать и засасывать инструмент. В последнее время при бурении в мягких породах применяют расширитель для расширения скважин под предохранительными трубами. Для опускания труб надавливают на них винтовыми или гидравлическими прессами, для чего на резьбу трубы навинчивают чугунный наконечник с двумя по сторонам отверстиями, через которые проходят винты пресса; третье отверстие для пропуска воды. Для бурения в породах твердых употребляется трубчатый бур с алмазами. Первое применение алмазов для бурения сделано было Лешотом в Швейцарии; затем способ этот значительно усовершенствован в Америке и в последнее время английским капитаном Бомоном. Усовершенствования относятся к буровым станкам, штангам и алмазной коронке. Преимущество этой системы бурения заключается в большой быстроте работы и в том, что выбуренные породы вынимаются в виде столбиков, кусков порядочной длины, по которым не только можно различать изменения в напластовании, но и угол падения. При бурении этого рода углубляются зараз до 15 футов, т. е. до полного заполнения бура породой, если последняя это позволяет. Так как трубчатый бур с алмазной коронкой должен иметь более быстрое вращательное движение, чем со стальной, то он приводится в движение паровой машиной, как насос, накачивающий воду. Для горизонтального вращательного бурения имеются особые гидравлические буровые машины, посредством которых уже пробуравлено столько замечательных по своей длине туннелей, как Сен-Готтардский, Сен-Бернардский и у нас Сурамский на Кавказе (см. Буровые инструменты). Способ производства работ буровыми машинами по прорытию туннелей состоит в известных общих приемах, практиковавшихся при буровых работах подобного рода за границей и у нас в России, независимо от тех особенностей, которые могут встретиться в каждом отдельном случае. Для подобного рода работ обыкновенно прежде всего избирается система буровой машины, и когда таковая выбрана, то приступают вначале к бурению ручным способом, если не желают терять время, пока все приспособления к машинному бурению будут окончены. Затем к месту бурения укладываются два рельсовых пути и ведутся по длине будущего туннеля, удлиняясь по мере хода работ через каждые 7 футов. Одновременно ведутся и все другие работы, как плотничные, по установке крепей, кружал, подмостей, так и каменные работы по возведению стен, дабы дать возможность дальнейшему производству бурения. Буровая машина на особой тележке движется по путям и может быть во всякое время выведена наружу. Другие пути укладываются параллельно первым и предназначаются для передвижения небольших вагончиков с материалами, выбуренной породой и инструментами. Посредине между рельсами устраивается широкая канава, постоянно удлиняемая, для укладки железных труб проводящих сгущенный воздух, воду и светильный газ или электрические провода. При постройке туннеля через Сурамский перевал на Кавказе употреблены были гидравлические буровые машины Брандта, давшие блистательные результаты. В этих машинах стержень оканчивается коронкой со стальными зубьями. Стальная коронка изготовляется из трубчатой вязкой стали высшего качества. На коронке имелось 3 зуба, которыми очень успешно выбуривалась порода, и скважина очищалась водой, поступающей из цилиндров машины в трубчатый буровой стержень. Буры имели скорость от 4 до 5 оборотов в минуту. Глубина скважин достигала до 1 сажени, причем оказалось, что для пробуравливания одного погонного метра скважины нужно от 9 до 12 минут времени, когда бур проходить сланцеватую глину или песчаник. Обе системы горизонтального машинного бурения, как ударная, так и вращательная, совершенствуются одна перед другой и в настоящее время нельзя сказать, которой следует дать предпочтение. Ударная система находится в постоянном применении при постройке туннелей уже более 30 лет, а вращательная — более 15 лет, и для правильного суждения о преимуществе той или другой системы необходимо сопоставить их теоретические и практические стороны. Система вращательного бурения имеет то преимущество, что машины этой системы, во-первых, работают беспрерывно, во-вторых, употребляют усилие на раздробление только одного кольца скважины, относительно малого объема, в-третьих, работают спокойно и, в-четвертых, допускают при бурении на 50% больший диаметр скважин, чем при ударной системе, а потому нужное количество скважин меньше; с практической же точки, недостаток этой системы состоит в том, что машина выбрасывает воду, которую необходимо затем отвести, и не доставляет никакой вентиляции, между тем как при ударной системе отлично вентилируется одновременно воздух в штольне. Это последнее преимущество ударной системы столь важно, как это подтвердилось на опыте при постройке Кохемского, Брондлейдского и Креберского туннелей, что можно машинами этой системы проникнуть вглубь до 900 саженей с каждой стороны, не нуждаясь в особой вентиляции, а потому в настоящее время большей частью при проведении длинных туннелей употребляются ударные буровые машины. Что касается до расхода силы, издержек на устройство и успеха работ, то таковые для обеих систем оказываются одинаковыми. Ввиду вышеизложенного еще местные обстоятельства могут влиять на выбор той или другой системы бурения. Итак, там, где имеется естественный напор воды, полезно пользоваться вращательными машинами, потому что такое даровое давление представляет большое сбережение. По мнению известного специалиста профессора Ржига, успех работ, при настоящем состоянии буровых машин (1887 г.), не менее 1,65 сажени при обыкновенном ходе работ и при усиленной работе 2,55 саженей ежедневного выдвигания скважины вперед. Успех работы в Сурамском туннеле превысил эту цифру и достиг небывалого результата 2,00 сажени единичного среднего успеха. Щитовые буровые машины тоже употребляются (см. Буровые машины) при сверлении туннелей в тех местах, где заставляет теснота места, например под улицами или когда боятся просачивания воды при проходе под дном реки. Машины этой системы особенно пригодны в грунтах мягких, глинистых. При надавливании машины домкратами или гидравлическими прессами глинистый грунт выжимается через отверстие щита и нагружается в вагончики, которыми и отвозится по рельсам к подъемной шахте. По мере продвижения машины, вставляются чугунные кольца, составляющие оболочку туннеля. Если бы встретился камень или скала, то следует их предварительно раздроблять особыми снарядами и далее вести работу щитовой машиной. Средний успех суточной работы 1,80 сажени, что можно считать весьма выгодным. B) Ударное бурение производится долотами ручным и машинным способом. В настоящее время существует несколько систем этого рода бурения, а именно: 1) Обыкновенным долотом на стальных железных штангах. Это самая примитивная система и, несмотря на это, имеет и по сие время довольно большое применение при бурении на небольшую глубину, когда скважина малого диаметра, не более 3 дюймов. При благоприятных геологических условиях — этой системой доходили до 90 саженей глубины, причем очистка скважины производилась желонкой (см. Буровые инструменты). Опускание и поднимание штанг производится обыкновенною лебедкой, поднимающей груз до 250 пудов. 2) Долото, укрепленное на пустотелых штангах, с промывкой скважины водой. Эта система удобоприменима в скважинах небольшого диаметра и при нетвердых грунтах, так как при твердых каменистых породах вода не в состоянии подымать крупные куски камня на большую высоту. В глинистых же грунтах, а в особенности сыпучих и плывучих, этот способ бурения не имеет себе подобного по быстроте и чистоте работы; при этом надо иметь в виду, что для грунтов сыпучих и плывучих необходимы опускные трубы. Производство работы — очень простое. На нижнем конце штанги укреплено долото, а верхний конец соединен с буровым станком и насосом. Для соединения преимуществ бурения с промывкой скважины водой со свободнопадающим инструментом, инженер А. Фаук изобрел особого устройства автоматически действующий, свободнопадающий инструмент. Особенно практичной оказалась эта система в грунтах нетвердых или образующих частые обвалы. Таким инструментом можно, не вынимая его, бурить на 50 футов, а так как забой скважины остается постоянно чистым, то отсюда и видно, почему так велика успешность работы. 3) Долото, укрепленное на проволочном канате. Эта система бурения применена была с успехом Г. Кольбом в Баварии в начале семидесятых годов. Буровой инструмент составляют: долото, ударная штанга с направляющими корзинками и вертлюг. Особое устройство последнего с ударной штангой и составляет сущность этой системы, в которой можно заставить долото поворачиваться во время работы. При подъеме канат, натягиваясь, — раскручивается более или менее сообразно весу инструмента, и этим способом поворачивают долото; при падении же долота канат сразу освобождается от груза и вновь скручивается, а с ним вместе отворачивается и долото. Система эта, в не особенно твердых породах, превосходит предыдущие и со свободнопадающим инструментом, так как при этой системе грунт скорее разрыхляется и подъем инструмента, а также очистка скважины производятся быстрее. 4) Бурение на ножницах посредством каната или штанг. Эта система бурения составляет переход от бурения долотом на сплошных штангах к бурению со свободнопадающим инструментом. Ножницы (см. Буровые инструменты) одинаково хорошо действуют как на канатах, так и на деревянных штангах. Бурение этой системой имеет наибольшее применение в Америке: на канатах употребляется в Пенсильвании и носит название пенсильванского, а на деревянных штангах — канадского. Канатное бурение на ножницах употребляется в глубоких скважинах, более 100 сажен, так как на такой глубине вес штанг был бы уж очень велик. Этим способом бурения достигают глубины 300 саженей, причем производство самой работы весьма просто. Сначала опускают малое долото и пробуравливают им скважину в ½ сажени, вынимают его, очищают скважину и опускают долото больших размеров для расширения отверстия и т. д. Для придания лучшего направления ножницам, ширина их делается на 1 дюйм меньше диаметра скважины. Нижний конец каната посредством обоймицы скрепляется с верхней частью ножниц. Канат изготовляется из самой лучшей пряди, диаметром от 1½ до 2 дюймов. Подъем инструмента не превышает 3 футов, при 45 ударах в минуту. Очистка скважины делается желонкой. Пенсильванская система бурения применяется с большой выгодой там, где проходимые скважиной породы однообразного сложения на значительной глубине и не обсыпаются (в последнем случае опускаются железные трубы для предохранения скважин от обвала). Были примеры, что при удачном напластовании пород, — углублялись этой системой бурения на 800 футов в продолжение 20 дней; обыкновенно же пробуравливают от 10 до 15 футов в день — при условии, чтобы породы не были очень тверды и не образовывали обвалов. Система эта по своей простоте и дешевизне и при подходящих геологических условиях не имеет себе подобной. Для управления ею, при такой громадной производительности, нужны всего двое рабочих и паровой двигатель, без которого она, впрочем, не может вовсе применяться. Во всяком случае, нужно иметь сказанных 2-х рабочих весьма опытных в деле этого рода бурения, так как без навыка весьма трудно воспринимать точные ощущения посредством каната со столь значительной глубины, как 2000 футов, и управлять на основании этих ощущений ходом всей работы. Бурение на ножницах с деревянными штангами, или канадское, производится теми же инструментами, что и на канатах, кроме замены каната деревянными штангами. Этой системой пробуравливаются скважины большого диаметра и на очень значительную глубину; так, например, в Америке, около Сент-Луи, проведена буровая скважина на глубину 3800 футов. В этой системе легко могут быть применены ножницы, приспособленные для проведения воды в скважину, и тогда при не особенно твердых породах бурение может производиться с большой выгодой, так как не придется часто вынимать долото для очистки скважины. 5) Долото, укрепленное к свободнопадающему инструменту. Всякий свободно падающий инструмент производит при падении удар на породу в буровой скважине и сила этого удара находится в зависимости от массы ударного прибора и высоты его падения. Из физики известно, по закону Галилея, что пути, проходимые падающим телом, относятся как квадраты времен падения; следовательно, всякое свободно падающее тело проходит, например, в 2 секунды пространство в 4 раза большее, чем в 1 секунду. Поэтому для достижения наибольшей производительности свободнопадающего инструмента надо найти наибольшую высоту подъема и величину веса его. Первая не превосходит, в настоящее время, 4½ фута, а вторая 20 пудов. При этих данных бурение может производиться с успехом лишь тогда, когда имеются отличной выделки долота и другие ударные инструменты, независимо от диаметра скважины и степени твердости проходимых пород. В последнее время свободнопадающий инструмент начали применять ко всем буровым системам; а в особенности к канатной. Изобретение, сделанное в Кельне Guilieaume, состоящее в устройстве пустотелого проволочного каната, может создать самую совершенную систему бурения, если изобретение это на практике даст хорошие результаты. Эта система канатно-водяного бурения со свободнопадающим, автоматически действующим инструментом, представит самую совершенную из систем, какую только можно себе представить в настоящее время. При производстве работ подобного рода системой, кроме хороших инструментов, надо иметь и отличных рабочих. Свободнопадающий инструмент на сплошных штангах имеет большое применение в Европе, а у нас на Кавказе, в Баку, где употребляется инструмент Фабиана. В усовершенствованной системе этого рода требуется иметь три прибора: а) долото; б) расширитель (когда скважина укрепляется обсадными трубами), и в) свободнопадающий инструмент (см. Буровые инструменты). Бурение состоит в том, чтобы буровой инструмент поднять на требуемую высоту, которая бывает от 1 до 2 футов, и затем сбросить его. Бурение может производиться ручным и машинным способом. Из перечисленных ударных систем в Европе для глубоких скважин применяется единственно штанговая система со свободнопадающим инструментом, для различных диаметров и глубины, как оказавшаяся наиболее выгодной, и только в редких случаях применяют канатную. В Америке, где геологические напластования однообразны на весьма значительную глубину, самого большого успеха в работе достигают, употребляя канатное или на деревянных штангах с ножницами бурение. Относительно ударных буровых машин говорено уже подробно при описании бурения туннелей и горизонтальных штолен. Литература: v. L. Serlo, "Bergbaukunde" (1873; здесь подробно описаны: способ Фовеля, свободнопадающие инструменты Цобеля, Кинда и др.); А. Лоренц, "Постройка тоннелей с применением бурильных машин" (перевод С. Вейсблата, 1883); А. Фаун, "Руководство к бурению скважин и т. д." (1887; подробно описаны системы ударного бурения); С. Войслав, "Исследование грунта и разведка полезных ископаемых, посредством ручного бурения" (1889); Г. Романовский, "О бурении Айбарского артезианского колодца" (1883); профессор Ржиг, "Подробное описание буровых машин" (в "Журнале Министерства Путей Сообщения", 1887 г.); там же, гг. 1847 и 1852; M. С. Кербедзь, "Постройка двух туннелей на Новороссийской ветви Владикавказской железной дороги" (1890); Tecklenburg, "Handbuch d. Tiefbohrkunde" (1889). Э. Ф.
Определение слова «Бурение» по БСЭ:
Бурение - процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы - скважины, Шпура или шахтного ствола - путём разрушения горных пород на забое, Б. осуществляется, как правило, в земной коре, реже в искусственных материалах (бетоне, асфальте и др.). В ряде случаев процесс Б. включает крепление стенок скважин (как правило, глубоких) обсадными трубами с закачкой цементного раствора в кольцевой зазор между трубами и стенками скважин.
Область применения Б. многогранна: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горных пород; добыча жидких, газообразных и твёрдых (при выщелачивании и выплавлении) полезных ископаемых через эксплуатационные скважины; производство взрывных работ; выемка твёрдых полезных ископаемых (см. Бурошнековая машина); искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); осушение обводнённых месторождений полезных ископаемых и заболоченных районов; вскрытие месторождений; прокладка подземных коммуникаций: сооружение свайных фундаментов и др.
Ежегодные объёмы Б. огромны: только в СССР за 1967 на нефть и газ пробурено около 12 млн.м глубоких скважин, из которых 5,8 млн.м - разведочные, свыше 20 млн.м пробурено взрывных и сейсморазведочных скважин, 10-12 млн.м - структурно-поисковых.
Классификация способов Б. По характеру разрушения породы, применяемые способы Б. делятся на: механические - буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая её, и немеханические - разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё (термическое, взрывное и др.). Механические способы Б. подразделяют на вращательные и ударные (а также вращательно-ударные и ударно-вращательные). При вращательном бурении порода разрушается за счёт вращения прижатого к забою инструмента. В зависимости от прочности породы при вращательном Б. применяют буровой породоразрушающий инструмент режущего типа (см. Долото буровое и Коронка буровая); алмазный буровой инструмент; дробовые коронки, разрушающие породу при помощи дроби (см. Дробовое бурение).
Ударные способы Б. разделяются на: Ударное бурение или ударно-поворотное (Б. перфораторами, в том числе погружными, ударно-канатное, штанговое и т.п., при которых поворот инструмента производится в момент между ударами инструмента по забою); ударно-вращательное (погружными пневмо-и гидроударниками, а также Б. перфораторами с независимым вращением и т.п.), при котором удары наносятся по непрерывно вращающемуся инструменту; вращательно-ударное, при котором породоразрущающий буровой инструмент находится под большим осевым давлением в постоянном контакте с породой и разрушает её за счёт вращательного движения по забою и периодически наносимых по нему ударов.
Разрушение пород забоя скважины производится по всей его площади (Б. сплошным забоем) или по кольцевому пространству с извлечением Керна (колонковое Б.). Удаление продуктов разрушения бывает периодическое с помощью желонки и непрерывное шнеками, витыми штангами или путём подачи на забой газа, жидкости или раствора (см. Глинистый раствор). Иногда Б. подразделяют по типу бурового инструмента (шнековое, штанговое, алмазное, шарошечное и т.д.); по типу буровой машины (перфораторное, пневмоударное, турбинное и т.д.), по методу проведения скважин (наклонное, кустовое и т.д.). Технические средства Б. состоят в основном из буровых машин (буровых установок) и породоразрушающего инструмента. Из немеханических способов получило распространение для Б. взрывных скважин в кварцсодержащих породах Термическое бурение, ведутся работы по внедрению взрывного Б.
Б. развивалось и специализировалось применительно к трём основным областям техники: наиболее глубокие скважины (несколько км) бурятся на нефть и газ, менее глубокие (сотни м) для поисков и разведки твёрдых полезных ископаемых, скважины и шпуры глубиной от нескольких м до десятков м бурят для размещения зарядов взрывчатых веществ (главным образом в горном деле и строительстве).
Бурение скважин на нефть и газ. В Китае свыше 2 тыс. лет назад впервые в мировой практике вручную бурились скважины (диаметром 12-15 см и глубиной до 900 м) для добычи соляных растворов. Буровой инструмент (долото и бамбуковые штанги) опускался в скважину на канатах толщиной 1-4 см, свитых из индийского тростника. Б. первых скважин в России относится к 9 в. и связано с добычей растворов поваренной соли (Старая Русса). Затем соляные промыслы развиваются в Балахне (12 в.), в Соликамске (16 в.). На русских соляных промыслах издавна применялось ударное штанговое Б. Во избежание ржавления буровые штанги делали деревянными; стенки скважин закрепляли деревянными трубами. В 17 в. в рукописном труде
«Роспись, как зачать делать новая труба на новом месте» («Известия императорского археологического общества», 1868, т. 6, отд. 1, в. 3, с. 238-55) подробно описаны методы этого периода. Первый буровой колодец, закрепленный трубами, был пробурен на воду в 1126 в провинции Артуа (Франция), отсюда глубокие колодцы с напорной водой получили название артезианских.
Развитие методов и техники Б. в России начинается с 19 в. в связи с необходимостью снабжения крупных городов питьевой водой. В 1831 в Одессе было образовано «Общество артезианских фонтанов» и пробурены 4 скважины глубиной от 36 до 189 м. В 1831-32 бурили скважины в Петербурге (на Выборгской стороне), в 1833 в Царском Селе, в Симферополе и Керчи, в 1834 в Тамбове, Казани и Евпатории, в 1836 в Астрахани. В 1844 была заложена первая буровая скважина для артезианской воды в Киеве. В Москве первая артезианская скважина глубиной 458 м пробурена на Яузском бульваре в 1876. Первая буровая скважина в США пробурена для добычи соляного раствора близ Чарлстона в Западной Виргинии (1806).
Поворотным моментом, с которого начинается бурный прогресс в Б., было развитие нефтедобычи. Первая нефтяная скважина была пробурена в США случайно в 1826 близ Бернсвилла в Кентукки при поисках рассолов. Первую скважину на нефть заложил в 1859 американец Дрейк близ г. Тайтесвилла в Пенсильвании. 29 августа 1859 нефть была встречена на глубине 71 фута (около 20 м), что положило начало нефтяной промышленности США. Первая скважина на нефть в России пробурена в 1864 около Анапы (Северный Кавказ).
Технические усовершенствования Б. в 19 в. открываются предложением немецкого инженера Эйгаузена (1834) применять так называемые ножницы (сдвигавшаяся пара звеньев при штанговом Б.). Идея сбрасывать соединённое со штангами долото привела к изобретению во Франции Киндом (1844) и Фабианом (1849) свободно падающего бурового инструмента
(«фрейфала»). Этот способ получил название «немецкий». В 1846 французский инженер Фовель сделал сообщение о новом способе очистки буровых скважин водяной струей, подаваемой насосом с поверхности в полую штангу. Первый успешный опыт Б. с промывкой проведён Фовелем в Перпиньяне (Франция).
В 1859 Г. Д. Романовский впервые механизировал работы, применив паровой двигатель для Б. скважины вблизи Подольска. На нефтяных промыслах Баку первые паровые машины появились в 1873, а через 10 лет почти повсеместно они заменили конную тягу. При Б. скважин на нефть на первом этапе получил развитие ударный способ (Б. штанговое, канатное, быстроударное с промывкой забоя). В конце 80-х гг. в Новом Орлеане в Луизиане (США) внедряется роторное Б. на нефть с применением лопастных долот и промывкой глинистым раствором. В России вращательное роторное Б. с промывкой впервые применили в г. Грозном для Б. скважины на нефть глубиной 345 м (1902). В Сураханах (Баку) на территории завода Кокорева в 1901 заложена скважина для добычи газа. Через год с глубины 207 м был получен газ, использовавшийся для отопления завода. В 1901 на Бакинских нефтепромыслах появились первые электродвигатели, заменившие паровые машины при Б. В 1907 пройдена скважина вращательным Б. сплошным забоем с промывкой глинистым раствором.
Впервые автомат для регулирования подачи инструмента при роторном Б. был предложен в 1924 Хилдом (США). В начале 20 в. в США разработан метод наклонного роторного Б. с долотами малого диаметра для забуривания с последующим расширением скважин.
Ещё в 70-х гг. 19 в. появились предложения по созданию забойных двигателей, то есть размещению двигателя непосредственно над буровым долотом у забоя буримой скважины. Созданием забойного двигателя занимались крупнейшие специалисты во многих странах, проектируя его на принципе получения энергии от гидравлического потока, позднее - на принципе использования электрической энергии. В 1873 американский инженер Х. Г. Кросс запатентовал инструмент с гидравлической одноступенчатой турбиной для Б. скважин. В 1883 Дж. Вестингауз (США) сконструировал турбинный забойный двигатель. Эти изобретения не были реализованы, и проблема считалась неосуществимой. В 1890 бакинский инженер К. Г. Симченко запатентовал ротационный гидравлический забойный двигатель. В начале 20 в. польский инженер Вольский сконструировал быстроударный забойный гидравлический двигатель (так называемый таран Вольского), который получил промышленное применение и явился прототипом современных забойных гидроударников.
Впервые в мировой практике М. А. Капелюшниковым, С. М. Волохом и Н. А. Корневым запатентован (1922) Турбобур, примененный двумя годами позже для Б. в Сураханах. Этот турбобур был выполнен на базе одноступенчатой турбины и многоярусного планетарного редуктора. Турбобуры такой конструкции применялись при Б. нефтяных скважин до 1934. В 1935-39 П. П. Шумилов, Р. А. Иоаннесян, Э. И. Тагиев и М. Т. Гусман разработали и запатентовали более совершенную конструкцию многоступенчатого безредукторного турбобура, благодаря которому турбинный способ Б. стал основным в СССР. Совершенствование турбинного Б. осуществляется за счёт создания секционных турбобуров с пониженной частотой вращения и увеличенным вращающим моментом.
В 1899 в России был запатентован электробур на канате. В 30-х гг. в США прошёл промышленные испытания электробур с якорем для восприятия реактивного момента, опускавшийся в скважину на кабеле-канате. В 1936 впервые в СССР Квитнером и Н. В. Александровым разработана конструкция электробура с редуктором, а в 1938 А. П. Островским и Н. В. Александровым создан Электробур, долото которого приводится во вращение погружным электродвигателем. В 1940 в Баку электробуром пробурена первая скважина.
В 1951-52 в Башкирии при Б. нефтяной скважины по предложению А. А. Минина, А. А. Погарского и К. А. Чефранова впервые применили электробур знакопеременного вращения для гашения реактивного момента, опускаемый на гибком электрокабеле-канате. В конце 60-х гг. в СССР значительно усовершенствована конструкция электробура (повышена надёжность, улучшен токопровод).
Появление наклонного Б. относится к 1894, когда С. Г. Войслав провёл этим способом скважину на воду близ Брянска. Успешная проходка скважины в Бухте Ильича (Баку) по предложению Р. А. Иоаннесяна, П. П. Шумилова, Э. И. Тагиева, М. Т. Гусмана (1941) турбинным наклонно-направленным бурением положила начало внедрению наклонного турбобурения, ставшего основным методом направленного Б. в СССР и получившего применение за рубежом. Этим методом при пересечённом рельефе местности и на морских месторождениях бурят кусты до 20 скважин с одного основания (см. Кустовое бурение). В 1938-41 в СССР разработаны основы теории непрерывного наклонного регулируемого турбинного Б. при неподвижной колонне бурильных труб. Этот метод стал основным при Б. наклонных скважин в СССР и за рубежом.
В 1941 Н. С. Тимофеев предложил в устойчивых породах применять так называемое Многозабойное бурение.
В 1897 в Тихом океане, в районе о. Сомерленд (Калифорния, США), впервые было осуществлено Б. на море. В 1924-25 в СССР вблизи бухты Ильича на искусственно созданном островке вращательным способом была пробурена первая морская скважина, давшая нефть с глубины 461 м. В 1934 Н. С. Тимофеевым осуществлено на острове Артема в Каспийском море кустовое Б., при котором несколько скважин бурятся с общей площадки, а в 1935 там же сооружено первое морское металлическое основание для Б. в море. С 50-х гг. 20 в. применяется Б. для добычи нефти и газа со дна моря. Созданы эстакады, плавающие буровые установки с затапливаемыми понтонами, специальные буровые суда, разработаны методы динамической стабилизации буровых установок при Б. на больших глубинах.
Основной метод бурения на нефть и газ в СССР (1970) - турбобурами (76% метража пробуренных скважин), электробурами пройдено 1,5% метража, остальное роторным бурением. В США преимущественно распространение получило роторное бурение; в конце 60-х гг. при проведении наклонно-направленных скважин начали применяться турбобуры. В странах Западной Европы турбобуры применяются в наклонном Б. и при Б. вертикальных скважин алмазными долотами. В 60-е гг. в СССР заметно возросли скорости и глубина Б. на нефть и газ. Так, например, в Татарии скважины, бурящиеся долотом диаметром 214 мм на глубину 1800 м, проходятся в среднем за 12-14 дней, рекордный результат в этом районе 8-9 дней. За 1963-69 в СССР средняя глубина эксплуатационных нефтяных и газовых скважин возросла с 1627 до 1710 м. Самые глубокие скважины в мире - 7-8 км - пробурены в 60-е гг. (США). В СССР в районе г. Баку пробурена скважина на глубину 6,7 км и в Прикаспийской низменности (район Аралсор) на глубину 6,8 км. Эти скважины пройдены в целях разведки на нефть и газ (см. Опорное бурение). Работы по сверхглубокому бурению для изучения коры и верхней мантии Земли ведутся по международной программе «Верхняя мантия Земли».
В СССР по этой программе намечено пробурить в 5 районах ряд скважин глубиной до 15 км. Первая такая скважина начата бурением на Балтийском щите в 1970. Эта скважина проходится методом турбинного бурения.
Основное направление совершенствования Б. на нефть и газ в СССР - создание конструкций турбобуров, обеспечивающих увеличение проходки скважины на рейс долота (полное время работы долота в скважине до его подъёма на поверхность). В 1970 созданы безредукторные турбобуры, позволяющие осуществить оптимизацию режимов Б. шарошечными долотами в диапазоне наиболее эффективных оборотов (от 150 до 400 в мин) и использовать долота с перепадом давлений в насадках до 10 Мн/мІ (100 атм) вместо 1-1,5 Мн/мІ (10-15 атм). Создаются турбобуры с высокой частотой вращения (800-100 об/мин) для Б. алмазными долотами, обеспечивающими при глубоком Б. многократное увеличение проходки и механической скорости Б. за рейс. Разрабатываются новые конструкции низа бурильной колонны, позволяющие бурить в сложных геологических условиях с минимальным искривлением ствола скважины. Ведутся работы по химической обработке промывочных растворов для облегчения и повышения безопасности процесса Б. Конструируются турбины с наклонной линией давления, которые позволяют получить информацию о режиме работы турбобура на забое скважины и автоматизировать процесс Б.
Поиски и разведка твёрдых полезных ископаемых. Развитие разведочного Б. связано с изобретением швейцарского часовщиком Г. Лешо алмазного бура (1862), который состоял из стального полого цилиндра, армированного алмазами и укрепленного на полой металлической штанге (по ней в забой подавалась промывочная вода). Первая работоспособная буровая установка с алмазным инструментом создана французским инженером Перретом и привлекла внимание на Всемирной выставке в Париже (1867), что послужило началом распространения алмазного Б. в Европе и Америке. В 1850 в России был заложен ряд разведочных скважин на каменный уголь.
В 1871 и 1872 около Бахмута и Славянска пробурены первые разведочные скважины в России на каменную соль глубиной 90 и 120 м. Совершенствование разведочного Б. в России в конце 19 в. связано с именем Войслава, который в 1885 изобрёл, а в 1897 получил патент на бур для ручного Б. скважин большого диаметра. Бур Войслава имел расширитель, позволяющий увеличивать диаметр скважин, глубина которых достигла 22 м. В 1898 Войслав совместно с Л. Кулешом получил патент на оригинальный станок для алмазного Б. и в том же году разработал новый способ вставки алмазов в коронку, позволивший применять мелкие алмазы. В 1899 в Америке инженером Дейвисом предложено дробовое Б. В период 1-й мировой войны для Б. начинают применять по предложению немецкого инженера Ломана твёрдые сплавы (так называемый воломит). Позднее эти сплавы применялись при Б. разведочных скважин в районе Курской магнитной аномалии (1923).
Коренные изменения в технике Б. произошли в России после Великой Октябрьской революции. С 1923 в СССР внедряется Б. с применением твёрдых сплавов, а также дробовое Б. (1924-25); изготовление отечественных твёрдых сплавов началось в 1929. В 1927 В. М. Крейтером и Б. И. Воздвиженским при колонковом Б. была успешно применена дробь. В 1925-26 на Сормовском заводе налажено производство ударно-канатных станков типа
«Кийстон» для разведки на золото (позднее типа «Эмпайр»). Несколько лет спустя Н. И. Куличихиным разработаны первые отечественные станки (УА-75-150) ударно-канатного Б. В 1928-1929 развернулось производство буровых станков колонкового вращательного Б. на Ижорском заводе (Ленинград), им. Воровского (Свердловск) и др. В то время для колонкового Б. на глубине до 500 м в основном применялись станки КА-300 и КА-500. В послевоенные годы (начиная с 1947) было проведено коренное переоборудование технических средств геологоразведочной службы: усовершенствованы бурильные, обсадные и колонковые трубы; созданы новые станки с рычажно-дифференциальной подачей (ЗИВ-75, ЗИВ-150); разработаны новые конструкции многоскоростных станков с гидравлической подачей (ЗИФ-300, ЗИФ-650, ЗИФ-1200, ВИТР-2000 и др.), обеспечивающие Б. скважин на глубине 300-2000 м; создан ряд самоходных буровых установок; разработаны средства автоматизации и механизации трудоёмких процессов и новые конструкции породо-разрушающего инструмента.
В 1935 советский инженер В. Н. Комаров предложил машину ударно-вращательного Б., теоретические основы которого были разработаны впоследствии Е. Ф. Эпштейном. В 1939 разрабатывается Б. погружными пневмоударниками, а с 1940 внедряется вращательное Б. с транспортировкой породы из скважины шнеками (см. Шнековое бурение), которое получило распространение в породах невысокой крепости при геофизических работах, инженерно-геологических изысканиях, при Б. на воду и др. В СССР разработана технология безнасосного Б., обеспечивающего полный выход керна в неустойчивых породах, и коренным образом усовершенствована технология дробового бурения (С. А. Волков). После открытия месторождений алмазов в Якутии шире применяют алмазный породоразрушающий инструмент, а с 1962 в Б. получили распространение синтетические алмазы. В совершенствовании технологии алмазного Б. сыграли большую роль советские учёные Ф. А. Шамшев, И. А. Уткин, Б. И. Воздвиженский, С. А. Волков и др.
Средняя месячная скорость Б. разведочных скважин в Донбассе составила 265 м (1956), в Криворожском бассейне360 м (1956), а на Курской магнитной аномалии 600 м (1965). При разведке крутопадающих рудоносных тел, когда для пересечения их на разных горизонтах приходится проходить несколько скважин, в целях сокращения их длины применяют направленное многозабойное Б., которое осуществляется с помощью отклоняющих устройств, устанавливаемых в скважине на разных глубинах.
Разведочное бурение осуществляется в основном за счёт вращательного способа, на который приходится (1970) около 80% метража пробуренных скважин (50% бурение твердосплавным инструментом, 20% - алмазным инструментом, 10% - дробью); в ограниченных объёмах применяются ударно-вращательное, шнековое, вибрационное Б. и др.
Работы в области разведочного Б. направлены на: обеспечение сохранности Керна, извлекаемого с большой глубины; разработку аппаратуры и надёжных методов опробования горных пород. Совершенствование техники и технологии разведочного Б. на твёрдые полезные ископаемые направлено на: замену дробового Б. алмазным; внедрение гидроударного Б., бескернового Б. с использованием боковых сверлящих грунтоносов; дальнейшее улучшение технических средств и технологии Б., разработку новых способов разрушения горных пород при Б.; автоматизацию всех производственных процессов.
Бурение взрывных шпуров и скважин. Машинное Б. шпуров и скважин взамен ручного, которое применялось до начала 19 в. для отбойки крепких пород взрывом, начало внедряться в конце 17 в., когда были изобретены первые буровые машины для сверления горизонтальных шпуров. В 1683 механик Г. Гутман предложил машинное Б. В 1803 австрийский инженер Гайншинг, а в 1813 английский механик Травич усовершенствовали выпускаемые буровые машины. В 1849 Кауч (США) получил один из первых патентов на паровую буровую машину. В 1852 Колладон (Швейцария) предложил буровую машину, работающую на сжатом воздухе.
При проходке Монт-Санисского тоннеля в 1861 Соммейе впервые применил поршневые перфораторы (см. Бурильный молоток) для Б. шпуров, что позволило резко сократить сроки строительства тоннеля. В конце 19 в. появляются молотковые перфораторы, быстро вытеснившие менее производительные поршневые. В дальнейшем были созданы высокочастотные и вращательно-ударные (50-е гг. 20 в.) бурильные машины, установочные (пневмоподдержки, манипуляторы) и подающие (автоподатчики) приспособления, буровые каретки, максимально механизировавшие труд бурильщика. Б. ведётся с удалением продуктов разрушения промывкой. Создаются лёгкие и мощные электро-, пневмогидросвёрла и высококачественный буровой инструмент, обеспечивающие вращательное Б. шпуров в средней крепости породах. В 1965 в Кузбассе и в 1968 в Киргизии применены бурильные агрегаты с электрогидроприводом для вращательного и вращательно-ударного Б. шпуров.
С конца 19 - начала 20 вв. специалисты пытались создать электроперфоратор, В 1879 немецкий изобретатель В. Сименс сделал неудачную попытку применить электрический ток для приведения в действие бурильной машины, предназначенный для Б. шпуров при взрывных работах. В 1885 американский изобретатель Дж. Вестингауз повторил эту попытку.
Впервые скважины, пробурённые тяжёлыми бурильными молотками, были применены взамен шпуров для отбойки руды в начале 30-х гг. на подземных рудниках комбината Апатит и в Кривом Роге. С этого периода начинается создание машин для подземного Б. скважин. В середине 30-х гг. внедряется метод штангового Б. взрывных скважин, применение которого способствовало технической революции в разработке рудных месторождений большой мощности. В 1935 А. А. Миняйло сконструировал станок для вращательного Б. резцами диаметром до 150 мм в мягких породах. В конце 30-х гг. на шахтах Кривого Рога внедрено многоперфораторное Б. глубоких скважин. В 1938 А. К. Сидоренко предложено Б. погружными перфораторами, входящими в скважину. В 1949-50 на подземных рудниках в СССР испытаны буровые станки с погружными пневмоударниками (вращение пневмоударника осуществлялось с поверхности через став буровых штанг). В 1954 Новосибирским институтом горного дела и Кузнецким металлургическим комбинатом создан промышленный образец бурового станка БА-100 - первой машины, в которой рабочим телом (энергоносителем) служит воздушно-водяная смесь.
После отработки эта смесь обеспечивает простое и надёжное пылеподавление при Б. Повсеместное внедрение высокопроизводительных станков БА-100 на рудниках позволило широко распространить прогрессивную систему разработки месторождений с отбойкой руды глубокими взрывными скважинами. Эта машина явилась основой для создания в СССР серии буровых машин (в том числе бурового полуавтомата НКР-100 в 1959) для пневмоударного бурения скважин диаметром 85-100 мм и глубиной до 50 м, которыми в 50-60-х гг. выполнено свыше 50% объёмов Б. при отбойке руд. С 60-х гг. этот способ внедряется в практику Б. разведочных и эксплуатационных глубоких скважин. С 1950 в СССР на подземных рудниках Алтая разрабатываются и внедряются станки для Б. скважин шарошечными долотами, один из которых (БШ-145) выпускается серийно. В 60-е гг. 20 в. для подземного Б. скважин диаметром 60-70 мм разрабатываются вращательно-ударные буровые машины, устанавливаемые на буровых каретках, а также буровые станки с мощными бурильными молотками и независимым вращением инструмента.
Б. скважин для взрывных работ на карьерах начало применяться в России на железорудных предприятиях Урала в 1908. В США в начале 20 в. для Б. взрывных скважин на карьерах впервые применены ударно-канатные станки. В СССР этот способ начинает применяться с 30-х гг. и до 60-х гг. является основным в породах выше средней крепости для скважин диаметром 150-300 мм. В 1932 Свердловским заводом
«Металлист» выпущены станки ударно-канатного Б. для карьеров. С 1939 в СССР осваивается вращательное Б. скважин резцами с удалением буровой мелочи шнеками. В 1943 выпущен на Урале (Богословский карьер) первый станок вращательного Б. (со шнеком, на гусеничном ходу). С 1956-57 начинаются работы по шарошечному бурению взрывных скважин на карьерах. В 1958 предложен комбинированный ударно-шарошечный буровой инструмент, использование которого возможно на станках вращательного Б. с пневматической продувкой скважин. В 1959 начат выпуск станков (СБО-1, СБО-2) огневого (термического) Б. для крепких кварцсодержащих пород. Разрушение породы при этом происходит за счёт быстрого разогрева поверхности забоя газовыми струями, вылетающими из горелки с температурой 2000°C и скоростью около 2000 м/сек. В 60-е гг. разработан типовой ряд шарошечных станков (2СБШ-200, СБШ-250, СБШ-320) для Б. взрывных скважин диаметром 200-300 мм и глубиной до 30 м. Производительность станков 20-70 м в смену. Перспективны работы по созданию комбинированных термомеханических способов разрушения.
Бурение взрывных скважин на карьерах в СССР осуществляется в основном (1970) шарошечным способом (около 70% метража скважин), распространено шнековое бурение (около 20%), 10% метража скважин приходится на остальные способы Б. (пневмоударное, термическое, ударно-канатное и др.). Значительно возросли скорости Б.: сменная производительность шарошечного станка при проходке скважины диаметром 250 мм в крепких породах (известняк, доломит и т.п.) составляет 40-60 м. При подземной разработке угольных месторождений наибольшее распространение имеет Б. бурильными молотками и электросвёрлами, рудных месторождений - бурильными молотками, погружными пневмоударниками, шарошечными станками.
Развитие горной промышленности требует увеличения производительности Б. в 2-4 раза. Для этого необходимо совершенствование механических способов Б. и изыскание новых. Совершенствование бурильных машин осуществляется за счёт увеличения параметров нагрузки на инструмент, механизации и автоматизации вспомогательных операций. Перспективно создание вибробуров (см. Вибрационное бурение). Разработано взрывное Б., которое заключается в непрерывной обработке забоя скважины небольшими зарядами взрывчатого вещества, вводимыми в поток промывочного агента (воздуха или жидкости) в виде ампул (ампульное, или патронное взрывобурение) или непрерывной струи (струйное взрывное Б.). Заряды-ампулы имеют обтекаемую форму и безопасны в обращении, так как смешение невзрывчатых жидких компонентов смеси и образование взрывчатых веществ (ВВ) происходит непосредственно у забоя. Заряды твёрдых ВВ требуют для взрыва больших скоростей удара (не менее 80 м/сек). При струйном взрывобурении взрывчатая смесь из горючего и окислителя в виде плоского жидкого заряда образуется непосредственно на забое и инициируется эвтектической смесью калия и натрия, впрыскиваемой с определенной частотой. Взрывобурение скважин позволяет в 2-5 раз увеличить производительность Б., особенно в крепких породах.
Проводятся работы по конструированию аппаратов для создания импульсной струи, периодически выстреливаемой из сопла по забою скважины для так называемого гидроимпульсного Б., а также электроимпульсных станков, в которых разрушение породы производится мощным электрическим разрядом (см. Плазменное бурение, Электрогидравлическое бурение, Электроимпульсное бурение).
Большой интерес представляет механизированное Б. вертикальных горных выработок больших поперечных сечений (диаметром свыше 3,5 м) - шахтных стволов (см. Стволопроходческий агрегат).
Успехи в создании эффективных средств и способов Б. базируются на изучении физико-механических свойств разрушаемых пород, механизма разрушения породы при различных способах и режимах Б. В СССР проводятся фундаментальные работы в области изучения и определения базовых физических свойств горных пород для оценки эффективности основных процессов разрушения породы при Б. См. также статьи Буровая установка, Буровая каретка, Буровая вышка, Бурильные трубы.
Лит.: Иоаннесян Р. А., Основы теории и техники турбинного бурения, М-Л., 1953; Лисичкин С. М., Очерки по истории развития отечественной нефтяной промышленности, М.-Л., 1954; Разведочное колонковое бурение, М., 1957; Федюкин В. А., Проходка шахтных стволов и скважин бурением, М., 1959; Огневое бурение взрывных скважин, М., 1962; Волков С. А., Сулакшин С. С., Андреев М. М., Буровое дело, М., 1965: Куличихин Н. И., Воздвиженский Б. И., Разведочное бурение, М., 1966; Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М., 1966; Вадецкий Ю. В., Бурение нефтяных и газовых скважин, М., 1967; Ханмурзин И. И., Бурение на верхнюю мантию, М., 1967; Техника горного дела и металлургии, М., 1968; Скрыпник С. Г., Данелянц С. М., Механизация и автоматизация трудоёмких процессов в бурении, М., 1968; Арш Э. И., Виторт Г. К., Черкасский Ф. Б., Новые методы дробления крепких горных пород. К., 1966.
Р. А. Иоаннесян, Н. И. Куличихин, Б. Н. Кутузов.
Буреломный
Бурение
Буренин
