При буро-взрывных работах главным образом механизируют бурение шпуров и скважин. Машины для бурения подразделяются на ударные и вращательные. К ударным относятся пневматические и элек-> трические буровые молоты, а к вращательным—’ электрические и пневматические сверла. Кроме того, различают еще ударно-вращательный способ бурения, характеризующийся одновременным вращением и ударным действием бурового инструмента.

Последующий удар ввиду особенностей устройства инструмента производится при некотором повороте долота на угол р\ и потому, кроме внедрения инструмента в каменную по-’ роду, происходит также скалывание заштрихованного на чертеже объема. При вращательном бурении (рис. 114,6) имеет место сначала упругая деформация (в области /), затем образуется ядро разрушения 2, и, наконец, происходит скалывание объема 3. Приложенное к буру осевое усилие Иос противодействует его выскальзыванию по плоскости скалывания и обеспечивает определенную толщину срезаемого слоя. При вращательном бурении разрушение породы происходит главным образом за счет скалывания, что по сравнению с ударным способом уменьшает энергоемкость процесса. Процесс разрушения породы здесь непрерывен, и пылеобразование снижено. Вместе с тем для эффективной работы на лезвии инструмента необходимо создать достаточные для разрушения породы усилия, что возможно только в случае некрепких горных пород.

Самым распространенным является ударно-вращательный способ бурения. Инструментами, основанными на таком принципе действия, являются пневматические бурильные молотки (перфораторы), которые могут быть ручными и колонковыми. Ручные перфораторы, т. е. перфораторы, предназначенные для работы с руки, в зависимости от веса разделяются на легкие (до 20 кг), средние (20—25 кг) и тяжелые (25—30 кг). Колонковые буровые молотки укрепляются на специальных колонках или буровых тележках и имеют вес от 50 до 100 кг.

По частоте ударов перфораторы делятся на обычные (менее 2000 удар/мин) и высокочастотные (более 2000 удар/мин).

Очистка шпура от каменной мелочи может производиться путем продувки его сжатым воздухом или промывки водой.

На рис. 11.5 представлена принципиальная схема пневматического перфоратора для бурения шпуров. Ударная часть — поршень-ударник — не связана с буром. Под действием сжатого воздуха поршень-ударник совершает возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Эти движения обеспечиваются воздухораспределительным устройством, которое попеременно подает воздух то по одну, то по другую сторону поршня. При движении вниз поршень наносит удар по хвостовику бура. Этот удар передается на рабочую часть бура — коронку, которая и разрушает горную породу. При движении вверх поршень-ударник, а вместе с ним и бур при помощи специального поворотного механизма поворачиваются на небольшой угол. В последних моделях перфораторов поворотное устройство не связано с движением поршня. Здесь поворот бура осуществляется укрепленной на корпусе перфоратора пневматической тур-бинкой.
Воздухораспределительное устройство может быть золотниковым и клапанным. Золотник перемещается перпендикулярно к струе воздуха, и воздушные каналы открываются и закрываются постепенно. Клапаны перемещаются в направлении струи воздуха, и поэтому отверстия открываются и закрываются сразу.

Типы пневматических буров показаны на рис. 116.

Рабочий инструмент состоит из хвостовика, стержня и коронки. Коронки часто армируют наплавкой-из твердых сплавов. Длина стержня бура зависит от глубины – шпура. Стержни изготавливаются из высокоуглеродистой стали обычно многогранного сечения. Для подачи воздуха или воды стержни имеют каналы.

В настоящее время в СССР выпускаются ручные перфораторы весом от 13 до 30 кг, которые имеют частоту от 1800 до 2700 удар/мин. При давлении воздуха в 5 кГ/см – работа удара составляет 2,5—8 кГм.

Бурение осуществляется комплектом буров, отличающихся длиной стержня. По мере углубления шпура бур заменяется более длинным, но с меньшим диаметром коронки.

Сжатый воздух подается от компрессора. С повышением давления воздуха скорость бурения возрастает, но при этом растет также и расход воздуха. Современные ручные перфораторы в зависимости от их мощ-ности расходуют воздух в количестве 2—5 м3/мин при 1700—1800 удар/мин.

В процессе работы буры быстро изнашиваются, поэтому в непосредственной близости к месту производства работ организуется их восстановление. Затупленные съемные коронки затачиваются на специальных станках, имеющих два карборундовых круга. Один из кругов имеет плоскую цилиндрическую поверхность, а второй — профильную двухконусную поверхность, обеспечивающую заточку коронок крестоообразной формы. Цельные стальные буры и долота после предварительного нагрева в специальных печах восстанавливаются на бурозаправочных станках. Буро-заправочные станки представляют собой небольшие ковочные машины, приводимые в движение сжатым воздухом. После восстановления буры подвергаются термической обработке.

Рис. 115. Принципиальная схема пневматического бурильного молотка (перфоратора)

Для бурения скважин применяются станки ударно-канатного бурения. Здесь рабочий орган — буровой снаряд — периодически поднимается на некоторую высоту (0,6—1,2 м) и затем, падая, ударяет о дно скважины, разрушая породу. Частота ударов составляет около 60 удар/мин. Такой метод пригоден для бурения горных пород, коэффициент относительной крепости которых I = 12-15. Вес бурового снаряда находится в пределах 500—3000 кГ.

Принципиальная схема станка ударно-канатного бурения представлена на рис. 117. Буровой снаряд подвешен на канате. Канат перекинут через головной блок мачты, проходит под оттяжным блоком, затем огибает направляющий блок и закрепляется на подъемном барабане. Периодические подъемы и падения снаряда в скважине вызываются качательными движениями оттяжного блока, которые развиваются за счет вращения кривошипной шестерни. Подъем снаряда происходит во время движения пальца кривошипа в нижнее положение, при этом оттяжной блок, опускаясь, оттягивает часть каната и поднимает буровой снаряд. Когда при дальнейшем вращении шестерни палец переходит в верхнее положение, оттяжной блок приподнимается и освобождает канат, а буровой снаряд падает на дно скважины. В скважину заливают воду. Вода смешивается с измельченной породой, образуя так называемый шлам, который периодически вычерпывается из скважины желонкой. По мере углубления скважины канат сматывают с подъемного барабана.

Буровой снаряд состоит из долота, штанги и канатного замка, которые соединяются между собой резьбовым соединением. Долото разрушает породу; оно изготавливается из углеродистой инструментальной стали. Головка долота может быть плоской, крестообразной или фасонной. Штанга служит для увеличения веса снаряда; она представляет собой массивный стальной стержень, который соединяется с одной стороны с долотом, а с другой стороны — с канатным замком. Последний служит для присоединения каната к буровому снаряду.

Желонка изготавливается в виде трубы, нижний конец которой закрыт башмаком, снабженным ударником и клапаном. При опускании желонки ударник открывает клапан, и шлам заполняет трубу. При подъеме клапан закрывается.

Применяется также термическое бурение. Здесь термобур, который в своей нижней части снабжен горелкой, непрерывно опускается на дно! скважины. Разрушение породы производится высокотемпературными газовыми струями. В качестве горючего применяется жидкое топливо в смеси с кислородом или воздухом. Разрушение породы происходит ввиду нерав: номерного прогрева породы по глубине, что влечет за собой неодинаковое расширение поверхностных слоев. Разрушенная в виде мелких часТйц порода выносится из скважины продуктами сгорания и паром, в который превращается подаваемая для охлаждения горелки вода. Образующиеся в камере горелки газы имеют температуру 2200—3500°. Они истекают через сопла со сверхзвуковой скоростью 1800—2000 м/сек. Этот способ эффективен только в однородных по составу крепких горных породах. Здесь скорость термического бурения в 8—10 раз выше, чем при ударно-канатном бурении. Термический способ позволяет уширять скважину до 400—500 мм в любой ее части.