Плазменное бурение

Плазменное бурение, способ бурения с применением в качестве рабочего органа плазматрона специальной конструкции (плазмобура). Значительное распространение получили плазмобуры с воздушно-вихревой стабилизацией («закруткой») электрического дугового разряда, служащего источником плазмы. Температура плазменной струи при П. б. достигает 5000 К, что обеспечивает разрушение горных пород на забое скважины. Плазмообразующими веществами в плазмобурах служат воздух, инертные газы, водяной пар и их смеси. Осевое расположение дуги в плазмобуре позволяет при небольшом наружном диаметре получать высокие мощности. Принцип работы простейшего воздушного плазмобура (рис.) состоит в следующем. Сжатый воздух подаётся через пустотелую буровую штангу в плазмобур, где разделяется на два потока; один из них поступает на внутренний электрод через спиральный канал-завихритель, питает разряд и, обдувая дугу, вынуждает её вращаться. Вращение смещает электродные пятна дуги по поверхности внутри электрода и тем самым предотвращает его преждевременное сгорание. Второй поток охлаждает оба электрода, омывая их теплоотдающие ребра. Часть второго потока через тангенциальные отверстия в изолирующей втулке поступает внутрь разрядной камеры; образовавшаяся плазма истекает через сопло или несколько сопел на забой. Большая же часть второго потока после охлаждения электродов выбрасывается наружу через отверстия в крышке плазмобура и выносит продукты разрушения из скважины. Распространены и др. схемы плазмобуров, в частности коаксиально-вихревая с водяным охлаждением электродов. В плазмобурах в качестве рабочего тела может применяться воздушно-водяная смесь или пар. Это снижает (или практически совсем устраняет) токсичность отходящих газов (что особенно важно при П. б. в подземных условиях), а также увеличивает удельный тепловой поток плазмобура.

  П. б. наиболее эффективно в крепких горных породах (гранитах, кварцитах, порфиритах и т.п.). Скорость бурения прямо пропорциональна удельной мощности плазмобура. Для плазмобура с воздушно-вихревой стабилизацией дуги и воздушным охлаждением скорость бурения в гранодиоритах достигала 4,5 м/ч при диаметре скважин до 130 мм и мощности до 100 квт, для коаксиально-вихревого плазмобура с введением в плазму углеводородного горючего скорость бурения железистых кварцитов Криворожского бассейна достигала 10—25 м/ч (в пересчёте на шпур диаметром 50 мм) при мощности плазмобура 81—150 квт.

  П. б. применяется для проходки шпуров и скважин, их расширения, дробления негабаритов, добычи и обработки штучного камня, резания и обработки бетонов.

  Лит.: Физика, техника и применение низкотемпературной плазмы. Тр. IV Всесоюзной конференции по физике и генераторам низкотемпературной плазмы, А.—А., 1970; Бергман Э. Д., Покровский Г. Н., Термическое разрушение горных пород плазмобурами, Новосиб., 1971.

  Э. Д. Бергман.

Плазмобур с воздушным охлаждением: 1 — выходной электрод; 2 — внутренний электрод; 3 — завихритель; 4 — шток; 5 — буровая штанга; 6 — корпус; 7 — дуга.