Более производительными являются станки ударно-вращательного бурения, рабочему органу которых (долоту или коронке) для разрушения грунта в забое скважины сообщаются одновременно непрерывное вращательное движение и ударное действие от двух независимо работающих механизмов: механического вращателя (цилиндрический редуктор с электроприводом), расположенного на поверхности, и погружного пневмоударни-ка (пневматического молотка), входящего в скважину вслед за буровым инструментом и наносящего удары по его хвостовику. Буровой инструмент изготовляется из высококачественной стали и армируется пластинками из твердого сплава. Оптимальная скорость вращения бурового инструмента выбирается такой, чтобы каждый удар долота наносился по новому месту дна ствола скважины. Эвакуация буровой мелочи из скважины на дневную поверхность, а также охлаждение пневмоударника и бурового инструмента производятся струей отработанного сжатого воздуха или потоком нагнетаемой в скважину воды.

Станки ударно-вращательного бурения предназначены для проходки шпуров и скважин диаметром 75—150 мм на глубину до 30—50 м в скальных грунтах и имеют производительность от 20 до 70 м скважины в смену. Недостатком таких станков является потребность в сжатом воздухе. Наибольшее распространение в строительстве получили простые по конструкции и высокопроизводительные машины вращательного бурения, разрушающие грунт (породу) в забое скважины или шпура с помощью непрерывно вращающегося бурового инструмента (резцов, шарошечного долота), которому сообщается определенное осевое усилие подачи. Под действием осевого усилия буровой инструмент внедряется в грунт, а при своем вращении скалывает его по всему поперечному сечению забоя. Основными элементами бурильного оборудования таких машин являются: рабочий орган — бур в виде штанги с буровым инструментом на нижнем конце, одно-или двух-шпиндельный вращатель (цилиндрический редуктор с механическим, гидравлическим или электрическим приводом), направляющая рама, механизм подачи -бура в забой и устройство для удаления буровой мелочи из забоя. Бурильное оборудование обычно монтируется на базе серийных грузовых автомобилей, пневмоко-лесных и гусеничных тракторов, а также входит в комплект сменного рабочего оборудования одноковшовых строительных экскаваторов. У самоходных машин на гусеничном ходу бурильное оборудование может навешиваться спереди, сзади и сбоку тягача, на пневмоколесном — только сзади базовой машины. Устойчивость самоходных бурильных машин при работе обеспечивается выносными гидравлическими опорами. Некоторые типы самоходных бурильных машин оснащаются несколькими (от двух до четырех) раздельно или совместно действующими вращателями с индивидуальным приводом от гидравлических или электрических двигателей. Многошпиндельные бурильные машины, обеспечивающие одновременное бурение нескольких шпуров с одной позиции широко применяются при сооружении траншей линейных коммуникаций буро-взрывным способом. Межцентровое расстояние буров таких машин может быть переменным, что позволяет использовать одну и ту же машину для получения траншей различного профиля. Машины, предназначенные для бурения наклонных шпуров и скважин оборудуются дополнительным гидравлическим механизмом для изменения угла наклона направляющей рамы.

Для проходки шпуров и скважин в талых и мерзлых грунтах с ограниченным содержанием твердых включений используются винтовые (шнековые) буры (рис. 9. 1, а), снабженные резцами 1, армированными твердым сплавом. Шнековая транспортирующая поверхность штанг 2 буров служит для эвакуации разрушенного грунта к устью скважины (шпура). Штанги буров для проходки шпуров обычно изготовляют из витой ромбической стали, для бурения скважин — из трубы, к которой приваривается винтовая спираль из полосовой стали. Подача винтового бура на забой может осуществляться двумя способами — под действием силы тяжести вращателя (применяется редко) и принудительно с помощью напорного механизма (канатный полиспаст с ручным или механическим приводом, гидравлический цилиндр двустороннего действия, гидроцилиндр с мультипликаторным полиспастом и т. п.).

Рис. 9. 1. Рабочие органы машины вращательного бурения:

Рис. 9. 2. Самоходная двухшпиндельная машина для бурения мерзлых грунтов

Для бурения шпуров и скважин в скальных породах и мерзлых грунтах с большим количеством скальных включений применяют шарошечные долота и пневматический способ удаления бурового шлама из забоя. Основными элементами шарошечного долота (рис. 9. 1,б) являются конические шарошки, снабженные зубьями. Шарошки свободно сидят на опорах, укрепленных в лапах корпуса. Наиболее распространены трех-шарошечные долота. Машины шарошечного бурения оборудуются гидравлическим напорным механизмом.

Рассмотрим конструкцию некоторых машин вращательного бурения.

Рис. 9.3. Самоходная двухшпиндельная машина для бурения скальных грунтов

Самоходная бурильная двухшпиндельная машина на базе пневмоколесного гидравлического экскаватора (рис. 9. 2) применяется для бурения в мерзлых грунтах вертикальных и наклонных (под углом 45°) шпуров диаметром 75 мм и глубиной 1650 мм. Навесное рабочее оборудование машины включает сварную раму, каретку с бурами и узлы гидропривода. Рама навешивается на стрелу экскаватора и устанавливается в вертикальное или наклонное положение гидроцилиндрами стрелы и рукояти. По направляющим рамы с помощью водила и напорного гидроцилиндра перемещается каретка несущая два бура с приводом. Привод каждого бура осуществляется от индивидуального вращателя, состоящего из аксиально – поршневого насоса и одноступенчатого цилиндрического редуктора. Частота вращения буров составляет 300 об/мин. Межцентровое расстояние буров можно изменять в пределах от 800 до 1000 мм. Для питания гидравлических двигателей бурильного оборудования используется насосная станция базового экскаватора. Производительность машины до 500 пог. м шпура в смену. Двухшпиндельная бурильная машина (рис. IX.3) на базе гусеничного трактора мощностью 108—160 л. с. (79— 118 кВт) применяется для бурения вертикальных шпуров диаметром 76 мм на глубину до 2,5 м в скальных породах до VIII категории включительно. В комплект навесного оборудования машины входят несущая рама, механический вращатель в виде цилиндрического редуктора с двумя шпинделями, две полые буровые штанги с шарошечными долотами на концах, гидравлический механизм подъема и заглубления буров. Усилие подачи на инструмент при бурении составляет до 4 тс (40 кН). Для охлаждения долот в процессе работы и выноса разбуренной породы из шпура к каждому буру по резиновым шлангам подводится сжатый воздух от прицепного компрессора. Расстояние между одновременно буримыми шпурами по оси машины составляет 0,6 м, между рядами шпуров—1,0 м. Машина может быть использована-также для бурения скважин диаметром 105 мм на глубину до 2 м в мерзлых грунтах. При этом шарошечные долота заменяются резцами, армированными твердым сплавом. Усилие подачи при бурении мерзлых грунтов не превышает 1,0 тс (10 кН). Производительность машины при бурении скальных пород составляет 100—120 м шпура в смену, мерзлых грунтов — до 600 м шпура в смену.

При выполнении буровых работ небольших объемов применяются переносные устройства термического бурения — термобуры. Принцип действия термобура (рис. 9.4) состоит в следующем. К термобуру подаются под давлением 4—6 кгс/см2 (0,4—0,6 МПа) бензин и сжатый воздух. Бензин поступает по бензопроводу через завихритель в форсунку, направляющую распыленное топливо в камеру сгорания (жаровую трубу), где оно воспламеняется и сгорает в атмосфере окислителя — сжатого воздуха. Температура продуктов сгорания в жаровой трубе достигает 2500° С (2800 К). Продукты сгорания образуют струю газов, выходящую из сопла 8 со скоростью 900—1200 м/с. Подаваемый от компрессора сжатый воздух разделяется в термобуре на два потока: первый через завихритель направляется внутрь жаровой трубы, второй поступает с наружной стороны жаровой трубы и охлаждает ее поверхность. Регулируя количество подаваемого в термо-бур сжатого воздуха и бензина соответственно кранами 1 я 23 можно получать газовую струю на выходе из сопла с температурой 1100—1600°С (1400—1900 К). Под действием высокотемпературной струи газов, выходящей из термобура с большой скоростью, грунт в забое шпура (скважины) разрушается, а продукты разрушения выносятся на поверхность отраженным потоком газов. По мере увеличения глубины шпура (скважины) корпус термобура с наконечником внедряется в грунт. Термобурами можно бурить вертикальные, наклонные и горизонтальные шпуры и скважины в мерзлых грунтах и скальных породах на глубину до 2 м. Скорость бурения скальных пород составляет до 12 м/ч, мерзлых грунтов — до 50 м/ч. Термобуры просты по конструкции, удобны в эксплуатации, их производительность при бурении мерзлых грунтов в 1,5—2 раза выше, чем у переносных станков вращательного бурения. Аналогичную термобуру конструкцию и принцип действия имеет огаеструйная горелка, входящая в комплект термомеханических рабочих органов самоходных машин, предназначенных для выполнения буровых работ больших объемов в талых и мерзлых грунтах с крупными скальными включениями.

Рис. 9.4. Схема термобура

Горелка встроена в механический буровой инструмент (резцовую коронку, шарошечное долото), разрушающий грунт способом вращательного бурения, описанным выше.