Механизированная проходка вертикальных стволов без применения взрывчатых веществ становится всё более востребованной в горной промышленности и подземном строительстве. Технологии VSM (вертикальные проходческие машины), Raise Boring (восстающее бурение) и слепое бурение позволяют проходить стволы диаметром до 11 метров и глубиной до 1500 метров с высокой точностью и безопасностью, особенно в городских условиях или геологически чувствительных зонах.
Области применения методов
Буровые технологии востребованы при строительстве вентиляционных и скиповых стволов на рудниках, прокладке коммуникаций в городских условиях (где запрещены взрывные работы), сооружении дренажных и водозаборных шахт, а также при строительстве гидроэлектростанций (накопительные и уравнительные шахты). Каждый из трёх основных методов имеет свои конструктивные особенности и области применения.
Технология Raise Boring (восстающее бурение)
Метод заключается в бурении пилотной скважины малого диаметра сверху вниз с последующим расширением снизу вверх до проектного диаметра. На верхнем горизонте на бетонном основании монтируется буровая установка. Сначала бурится пилотная скважина диаметром 200–350 мм до выхода на нижний горизонт. Затем долото заменяется на расширительную головку, которая поднимается вверх, вращаясь и разрушая породу. Разрушенная порода падает на нижний горизонт и удаляется погрузочной техникой.
Параметры метода Raise Boring:
Метод применяется для вентиляционных стволов, рудоспусков, бункеров. Преимущества: высокая скорость, безопасность (отсутствие людей в забое), идеально гладкие стенки. Ограничения: неприменим в неустойчивых породах, склонных к обрушению, требует наличия нижнего горизонта для доступа и удаления породы.
Технология VSM (Vertical Shaft Sinking Machine)
VSM представляет собой полностью механизированную систему, объединяющую выемку грунта, удаление шлама и установку крепления. Проходческий агрегат опускается в ствол на канатах и дистанционно управляется с поверхности. Гидравлическая система прижимает режущую головку к забою, разрушая породу резцами. Шлам отсасывается шламовым насосом по трубопроводу на поверхность, где проходит сепарацию. Одновременно из тюбингов или сегментов собирается постоянная крепь.
Параметры метода VSM:
Метод VSM активно используется в Китае при строительстве вентиляционных стволов для тоннелей. Мировой рекорд — шахта №2 тоннеля Шэнли (Тянь-Шань, Китай) глубиной 707 метров и диаметром 11,4 метра. Преимущества: безопасность (персонал только на поверхности), возможность работать в обводнённых породах без предварительного замораживания. Ограничения: очень высокая стоимость оборудования, ограниченное применение в крепких скальных породах.
Технология слепого бурения (Blind Boring)
Слепое бурение применяется, когда нет доступа к нижнему горизонту (например, при проходке ствола с поверхности «на вскрышу»). Бурение ведётся сверху вниз за один проход, без предварительной пилотной скважины. Специальная буровая головка одновременно разрушает породу и формирует ствол. Буровой шлам удаляется промывкой водой или сжатым воздухом.
Параметры метода слепого бурения:
Сравнительный анализ методов
Каждый метод имеет свои достоинства и ограничения. Raise Boring наиболее эффективен в крепких породах при наличии двух горизонтов и даёт идеальное качество стенок. VSM незаменим в сложных гидрогеологических условиях, особенно в обводнённых неустойчивых грунтах, но требует огромных инвестиций. Слепое бурение просто в организации, не требует нижнего горизонта, однако ограничено по диаметру и глубине.
Заключение
Выбор буровой технологии проходки ствола определяется горно-геологическими условиями, наличием доступа к горизонтам и экономикой проекта. Raise Boring остаётся «золотым стандартом» для крепких пород. VSM набирает популярность в сложных гидрогеологических условиях. Слепое бурение — бюджетное решение для вспомогательных выработок малого диаметра. Все три метода объединяет главное преимущество: безопасность персонала за счёт отсутствия людей в призабойной зоне.
Фото: https://pybar.com.au/
Области применения методов
Буровые технологии востребованы при строительстве вентиляционных и скиповых стволов на рудниках, прокладке коммуникаций в городских условиях (где запрещены взрывные работы), сооружении дренажных и водозаборных шахт, а также при строительстве гидроэлектростанций (накопительные и уравнительные шахты). Каждый из трёх основных методов имеет свои конструктивные особенности и области применения.
Технология Raise Boring (восстающее бурение)
Метод заключается в бурении пилотной скважины малого диаметра сверху вниз с последующим расширением снизу вверх до проектного диаметра. На верхнем горизонте на бетонном основании монтируется буровая установка. Сначала бурится пилотная скважина диаметром 200–350 мм до выхода на нижний горизонт. Затем долото заменяется на расширительную головку, которая поднимается вверх, вращаясь и разрушая породу. Разрушенная порода падает на нижний горизонт и удаляется погрузочной техникой.
Параметры метода Raise Boring:
- типичный диаметр проходки — от 0,6 до 6 метров (максимально до 8 м);
- глубина проходки — до 1000–1500 метров;
- скорость проходки — до 0,6–0,8 метра в час в гранитах;
- лучшие породы — устойчивые, средней и высокой крепости.
Метод применяется для вентиляционных стволов, рудоспусков, бункеров. Преимущества: высокая скорость, безопасность (отсутствие людей в забое), идеально гладкие стенки. Ограничения: неприменим в неустойчивых породах, склонных к обрушению, требует наличия нижнего горизонта для доступа и удаления породы.
Технология VSM (Vertical Shaft Sinking Machine)
VSM представляет собой полностью механизированную систему, объединяющую выемку грунта, удаление шлама и установку крепления. Проходческий агрегат опускается в ствол на канатах и дистанционно управляется с поверхности. Гидравлическая система прижимает режущую головку к забою, разрушая породу резцами. Шлам отсасывается шламовым насосом по трубопроводу на поверхность, где проходит сепарацию. Одновременно из тюбингов или сегментов собирается постоянная крепь.
Параметры метода VSM:
- диаметр проходки — от 4 до 11 метров и более;
- глубина проходки — до 700–800 метров (максимально 1000 м);
- отличительная особенность — одновременная проходка и крепление;
- лучшие породы — мягкие и средней крепости, обводнённые грунты.
Метод VSM активно используется в Китае при строительстве вентиляционных стволов для тоннелей. Мировой рекорд — шахта №2 тоннеля Шэнли (Тянь-Шань, Китай) глубиной 707 метров и диаметром 11,4 метра. Преимущества: безопасность (персонал только на поверхности), возможность работать в обводнённых породах без предварительного замораживания. Ограничения: очень высокая стоимость оборудования, ограниченное применение в крепких скальных породах.
Технология слепого бурения (Blind Boring)
Слепое бурение применяется, когда нет доступа к нижнему горизонту (например, при проходке ствола с поверхности «на вскрышу»). Бурение ведётся сверху вниз за один проход, без предварительной пилотной скважины. Специальная буровая головка одновременно разрушает породу и формирует ствол. Буровой шлам удаляется промывкой водой или сжатым воздухом.
Параметры метода слепого бурения:
- типичный диаметр — от 0,6 до 1,8 метра;
- глубина — до 500–600 метров;
- буровая колонна работает на сжатие, требуются специальные стабилизаторы;
- применяется для вспомогательных стволов, рудоспусков.
Сравнительный анализ методов
Каждый метод имеет свои достоинства и ограничения. Raise Boring наиболее эффективен в крепких породах при наличии двух горизонтов и даёт идеальное качество стенок. VSM незаменим в сложных гидрогеологических условиях, особенно в обводнённых неустойчивых грунтах, но требует огромных инвестиций. Слепое бурение просто в организации, не требует нижнего горизонта, однако ограничено по диаметру и глубине.
Заключение
Выбор буровой технологии проходки ствола определяется горно-геологическими условиями, наличием доступа к горизонтам и экономикой проекта. Raise Boring остаётся «золотым стандартом» для крепких пород. VSM набирает популярность в сложных гидрогеологических условиях. Слепое бурение — бюджетное решение для вспомогательных выработок малого диаметра. Все три метода объединяет главное преимущество: безопасность персонала за счёт отсутствия людей в призабойной зоне.
Фото: https://pybar.com.au/