Шарошка — буровой инструмент¶
Шарошка — разновидность бурового инструмента для проходки скважин, представляющая собой полый цилиндрический стакан с режущей коронкой на нижнем торце, на котором закреплены твёрдосплавные зубцы или шарошки-резцы. Применяется преимущественно для бурения в мягких и средней твёрдости породах — глинах, суглинках, песках, мёрзлых грунтах. Инструмент получил распространение в геологоразведке, строительстве, водоснабжении и горнодобыче.
¶Принцип работы
Шарошка относится к инструментам кольцевого (частично разрушающего) бурения. В отличие от сплошного забоя, при котором порода разрушается по всей площади забоя, шарошка вырезает кольцевую канавку, оставляя в центре цилиндрический столб породы — керн. По мере углубления керн входит внутрь полого корпуса и периодически извлекается на поверхность. Такой принцип позволяет получать неповреждённые образцы породы для геологического анализа, а также снижает энергозатраты на бурение, поскольку объём разрушаемой породы уменьшается.
¶Устройство
Конструктивно шарошка состоит из следующих элементов:
- Корпус (стакан) — полая цилиндрическая труба, внутренний диаметр которой определяет диаметр получаемого керна.
- Коронка — нижняя режущая часть, на которой закреплены зубья из твёрдого сплава (ВК-группа, победит) или поликристаллического алмаза.
- Стрежень (шпиндель) — соединительный элемент с резьбой для крепления к буровой колонне.
- Водопропускные отверстия — для циркуляции промывочной жидкости (бурового раствора), отвода шлама и охлаждения коронки.
Зубья коронки могут быть в виде отдельных шарошечных резцов, напаянных на кольцевую пластину, либо представлять собой сплошное твёрдосплавное кольцо с заточенными гранями.
¶Классификация
По назначению и конструкции шарошки подразделяются на несколько типов:
| Тип | Особенности | Применение |
|---|---|---|
| Керновые шарошки | Полый корпус для извлечения керна | Геологоразведка, получение образцов |
| Шарошки сплошного забоя | Без керноизвлечения, сплошное разрушение | Проходка стволов, скважины под сваи |
| Шарошки для мёрзлых грунтов | Усиленные зубья, специальная геометрия | Строительство, вечная мерзлота |
| Алмазные шарошки | Коронка с ПАК-элементами | Твёрдые породы, точное бурение |
По диаметру инструмент подбирается под задачу: от 59 мм (типовой керновый размер для геологоразведки) до 300 мм и более для проходки крупных стволов.
¶Применение
Основные области применения шарошек:
- Геологоразведка — получение керна при поиске полезных ископаемых, инженерно-геологических изысканиях.
- Строительство — бурение скважин под сваи, шпунтовых свай, установка столбов и опор.
- Водоснабжение — проходка скважин на воду в мягких и средних грунтах.
- Горное дело — разработка рудных тел, бурение шпуров.
- Геотехнический мониторинг — установка датчиков, пьезометров, контрольных скважин.
¶Достоинства и ограничения
К достоинствам шарошечного бурения относятся высокая скорость проходки в мягких породах, возможность получения неповреждённого керна, снижение энергозатрат за счёт кольцевого разрушения. Ограничения связаны с низкой эффективностью в крепких и абразивных породах — при переходе на граниты, базальты и кварциты шарошки быстро изнашиваются, и их вытесняют алмазные коронки или перфораторное бурение.
¶История
Кольцевое бурение с извлечением керна известно с XIX века, когда в горнодобывающих регионах России и Европы начали применяться простейшие кольцевые долота. Массовое распространение шарошки получили в СССР в 1930-е годы в связи с развитием геологоразведочной отрасли. Ведущими разработчиками и производителями стали институты и заводы, входившие в систему Министерства геологии СССР. В современной России производством шарошек занимаются предприятия в Свердловской, Челябинской и Московской областях, инструмент также импортируется из Китая и Европы.
Источники:
- Горьковский А. И. Бурение скважин на воду. — М.: Недра, 1984.
- Справочник по бурению / под ред. В. О. Кузнецова. — М.: Недра, 1990.
- ГОСТ 2651-84. Инструмент буровой кольцевой. Общие технические условия.
- Каталоги бурового инструмента отечественных производителей.