Бурение взрывных скважин: методы, оборудование, требования

Что такое взрывные скважины

Взрывные скважины — вертикальные или наклонные выработки диаметром 100–380 мм и глубиной 5–25 м, предназначенные для размещения заряда взрывчатого вещества (ВВ) при разработке горных пород в открытых карьерах и подземных рудниках. Буровзрывной способ является основным методом добычи твёрдых полезных ископаемых — руд, угля, строительного камня, а также при строительстве дорог, тоннелей, каналов.

Эффективность взрывных работ в значительной мере определяется качеством бурения: точностью расположения скважин на уступе, соблюдением проектных параметров (диаметр, глубина, угол наклона) и производительностью буровых станков. Стоимость бурения составляет 20–40% от общих затрат на буровзрывные работы.

Параметры взрывных скважин

Параметр	Мягкие породы	Средние породы	Крепкие породы
Диаметр, мм	150–250	150–200	100–170
Глубина, м	10–20	10–18	8–15
Расстояние между рядами, м	5–8	4–6	3–5
Расстояние между скважинами, м	5–9	4–7	3–6
Перебур, м	1,5–3,0	1,0–2,0	0,5–1,5

Методы бурения взрывных скважин

Шарошечное бурение

Наиболее распространённый метод для скважин диаметром 150–380 мм. Применяются трёхшарошечные долота с твердосплавным вооружением, вращаемые ротором бурового станка. Механическая скорость проходки в породах средней крепости составляет 15–40 м/ч. Способ обеспечивает стабильный диаметр скважины и хорошее качество стенок.

Пневмоударное бурение

Применяется для крепких и очень крепких пород (гранит, кварцит, базальт) при диаметрах 100–200 мм. Забойный пневмоударник (DTH hammer) приводится в действие сжатым воздухом от компрессора и наносит удары частотой 1500–3000 в минуту по коронке с твердосплавными вставками. Очистка забоя осуществляется потоком отработанного воздуха.

Шнековое бурение

Используется в мягких породах (глины, суглинки, мел) при диаметрах 150–250 мм. Шнековый бур разрушает породу и одновременно транспортирует шлам на поверхность по спиральным канавкам. Простой и экономичный метод, но ограничен мягкими породами.

Буровые станки

Для бурения взрывных скважин применяются специализированные самоходные станки на гусеничном ходу:

• Станки вращательного бурения: Atlas Copco PitViper, Sandvik DR, CAT MD (для шарошечного бурения диаметром 150–380 мм)
• Станки пневмоударного бурения: Atlas Copco FlexiROC, Sandvik Leopard, Furukawa (DTH, диаметр 100–200 мм)
• Станки комбинированного типа: могут работать как в роторном, так и в DTH-режиме

Современные станки оснащаются системами GPS-навигации для точного позиционирования скважин по проекту, автоматическим контролем параметров бурения (осевая нагрузка, частота вращения, давление воздуха) и дистанционным управлением для повышения безопасности.

Буровые долота для взрывных скважин

Выбор долота определяется методом бурения и свойствами породы:

• Шарошечные долота с продувкой воздухом (серия Волгабурмаш для горной промышленности) — для пород средней крепости. Вооружение — конические или сферические зубки ВК8–ВК6.
• FDC долота (Fixed Diamond Cutter) — аналог PDC для горной промышленности. Эффективны в мягких и средних однородных породах.
• Пневмоударные коронки — с полусферическими или баллистическими твердосплавными вставками для DTH-бурения крепких пород.
• Пилотные долота малого диаметра — для предварительного бурения пилотных скважин в сложных условиях.

Технологический процесс

1. Проектирование: расчёт сетки скважин, глубины, диаметра и конструкции зарядов по условиям массива
2. Разметка: вынос проектных координат скважин на уступ (с помощью GPS или тахеометра)
3. Бурение: проходка скважин буровым станком с контролем параметров
4. Зачистка: очистка устья скважин от шлама, проверка глубины каротажным инструментом
5. Заряжание: загрузка ВВ и монтаж средств инициирования
6. Взрывание: производство взрыва с соблюдением схемы коммутации и замедления

Требования безопасности

Буровзрывные работы регулируются строгими нормативами безопасности. Ключевые требования:

• Минимальное расстояние от работающего станка до бровки уступа — не менее 3 м
• Запрет на бурение ближе 3 м от невзорванных скважин с ВВ
• Обязательная проверка скважин на наличие невзорвавшихся зарядов (отказов) перед повторным бурением
• Контроль запылённости — применение мокрого пылеподавления или пылеулавливающих систем
• Сертификация буровых станков и инструмента для работы в карьерных условиях

Горнодобыча на Ближнем Востоке

Горнодобывающая отрасль на Ближнем Востоке активно развивается. Саудовская Аравия реализует программу Vision 2030, включающую масштабное развитие горнодобычи (проект Neom, золоторудное месторождение Mansourah-Massarah). ОАЭ развивают добычу хромитовых руд и строительного камня. Оман ведёт добычу медных руд, мрамора и гипса. Эти проекты создают растущий спрос на буровой инструмент для карьерного бурения.