Механизированная проходка шурфов осуществляется грейферами, копателями шахтных колодцев, бурильно-крановыми машинами и буровыми установками.
Машинный или буровой способ проведения шурфов заключается в том, что с помощью агрегатов, снабженных шурфобурами или напорными грейферами, производится разрушение и подъем породы на поверхность без присутствия людей в забое выработки.
Шурфопроходческие установки могут быть специализированные, предназначенные только для бурения, такие как КШК-З0А, УБСР-25, или комбинированные, которые могут быть использованы как для бурения шурфов, так и для бурения скважин (ЛБУ-50, КБУ-15, УКС-22М). В некоторых случаях могут быть использованы и установки, предназначенные для бурения скважин, но с некоторыми незначительными переделками (УРБ-3АМ, УГБ-50М). Установлено, что специализированные установки целесообразно использовать при значительных объемах шурфопроходческих работ (свыше 1000 м в год). При малых объемах выгоднее использовать установки, которые в свободное от проходки шурфов время используются для бурения скважин.
Производительность шурфопроходческих работ во многом зависит от способа подъема инструмента с разрушенной породой из шурфа.
Используют три способа подъема и разгрузки породы:
1) разрушенная порода поднимается на поверхность в конце каждого рейса;
2) процессы разрушения и подъема совмещаются во времени;
3) разрушенная за несколько рейсов порода накапливается в призабойном аккумуляторе, после чего поднимается на поверхность.
При выборе способа подъема пород следует учесть следующие рекомендации.
При глубине шурфов до 4—5 м наиболее рационально использовать шурфобуры, спуск и подъем которых производится с помощью ведущей трубы, т. е. при подъеме бура после каждого рейса.
При глубине шурфов 10—15 м целесообразно применять скользящие шурфобуры, которые поднимаются после каждого рейса без разборки бурильной колонны.
При глубинах шурфов, превышающих 15 м, применяют аккумулирующие скользящие шурфобуры.
Все существующие конструкции шурфобуров сгруппированы в VI классов: I — дисковые ДВ; II — шнековые ШБ; III — ковшовые КвБ; IV — грейферные ГБ; V — колонковые КлБ; VI — аккумулирующие АБ.
Дисковые шурфобуры представляют собой стальные диски диаметром, равным диаметру шурфа, с двумя радиальными прорезями, под которыми устанавливаются наклонные режущие ножи. В центре бура имеется опережающее долото в форме стальной треугольной пластины.
Дисковые шурфобуры целесообразно применять при проведении мелких и средней глубины шурфов в рыхлых, малообводненных породах. Разгрузка дисковых шурфобуров от породы производится за счет центробежных сил, возникающих при быстром его вращении на поверхности. Для разгрузки может быть использован неподвижный отвальный лемех, при вращении диска лемех сгребает с него породу.
Шнековые шурфобуры представляют собой шнеки, имеющие в нижней части опережающее долото и режущие ножи. Шнеки могут быть однозаходные и двузаходные. Первые — для бурения шурфов в мягких и плотных породах, вторые — в рыхлых, сыпучих.
Ковшовые шурфобуры представляют собой полые цилиндры, снабженные в днище ножами и окнами. Наиболее рациональная область применения ковшовых шурфобуров — сыпучие и обводненные породы. При необходимости крепления шурфов одновременно с углубкой ковшовые буры снабжаются расширителями.
Грейферные шурфобуры являются двух-трехчелюстными грейферами, внедряются в породу под действием осевой нагрузки (рис. 90) или одновременно с вращением. Область применения грейферных шурфобуров — породы, содержащие гальку, гравий и валуны.
Колонковые шурфобуры представляют собой полые цилиндры с двойными стенками. На кольцевом основании цилиндра располагается породоразрушающий инструмент ввиде ножей, шарошек, пневмоударников или комбинированный — в виде шарошек с пневмоударниками, шарошек с реактивными горелками. В зависимости от породоразрушающего инструмента определяется область применения колонковых шурфобуров: некрепкие породы (ножи), средней крепости (шарошки), крепкие породы (пневмоударники и комбинированный инструмент).
Аккумулирующие шурфобуры позволяют накапливать разрушающуюся в процессе бурения породу в аккумуляторе, расположенном в корпусе бура. Накопление породы в аккумуляторе может производиться циклично или непрерывно.
Подающаяся к забою промывочная жидкость выносит часть породы на поверхность, а в аккумуляторе скапливаются только крупные частицы. Область применения аккумуляторных буров — неустойчивые породы, в том числе и при сильных водопритоках, при проведении шурфов большой глубины.
Грейферы, применяющиеся на проходке шурфов, по системе привода делятся на неприводные и приводные. Из первых в практике геолого-разведочных работ наибольшее применение нашли одноканатные полиспастные механизмы; из вторых моторные, гидравлические, электромоторно-гидравлические и пневматические, имеющие связь с поверхностным оборудованием через канаты, кабель-канаты, шлангоканаты или штанги.
Для усиления эффективности разрушения породы грейферы могут быть снабжены интенсифицирующим устройством.
При проходке шурфов в отложениях с крупноблочными включениями наиболее эффективно применение грейферов с интенсифицирующими устройствами, в которых интенсификация достигается с помощью виброударных механизмов и напорных устройств или путем проворачивания грейфера на забое.
В глине, суглинке или рыхлых гравийных отложениях шурфы проходят круглой формы при помощи копателей шахтных колодцев, например КШК-30А, КШС-40М и модернизированного копателя марки КШИ-Ф-40А.
Этими агрегатами можно проходить шурфы круглого сечения диаметром 1230—1300 мм на глубину до 40 м.
Крепление стенок производится одновременно с проходкой шурфа металлическими или железобетонными кольцами.
В основе буровых машин лежит вращательный способ с периодическим подъемом бурового инструмента, заполненного разрушенной породой, на поверхность без подъема бурильных штанг. Агрегат КШК-30А (рис. 91) смонтирован на двухосном прицепе, на котором размещены двигатель, подъемная лебедка, мачта и механизм управления. Рама машины — укороченный прицеп У2-АП3. Мачта выполнена сварной из труб.
