Сквозь толщу пород

Знал ли античный мир что-нибудь о бурении скважин глубоких? Очевидно, нет. Однако этот вопрос можно задать несколько иначе. Какие сделанные в то время открытия могли служить предпосылкой для развития бурения как способа разрушения горных пород? Имеющийся материал с полным основанием позволяет утверждать, что такие открытия в античную эпоху были сделаны.

Метод сверления отверстий в горных породах уходит своими корнями в глубокую древность. Известно, что в Древнем Египте еще в додинастический период (3500 г. до н. э.) был известен метод высверливания отверстий при изготовлении каменных (базальтовых) топоров и булав. Кроме того, в этот же период начали изготавливать каменные сосуды (например, из алебастра и базальта) путем высверливания. Сохранилось даже изображение процесса высверливания таких сосудов.

Но оказывается в Древнем Египте не только умели сверлить различные отверстия, но и бурили мелкие шпуры. Особенно интересными в этом отношении являются пирамиды Нетерхета-Джосера археологических раскопок результаты (начало III династии, около 3, тысяч лет до н. э.). В мусоре строительном здесь обнаружен был ряд инструментов и медный прут среди них на его конце с закрепленной трубкой медной. При изучении приспособления установили, что представляет оно собой древнейший инструмент буровой, для высверливания отверстий предназначенный в каменных плитах и блоках. Ученые предполагают, что бурение производилось следующим образом. На месте будущего отверстия насыпались мелкие зерна кварца. Трубка вращалась вручную. Для создания осевого усилия использовалась тяжесть тела. Кварцевые твердые зерна истирали под давлением камень, и постепенно получалось нужное отверстие. Чтобы инструмент не разогревался, в трубку воду подливали. Удержаться трудно и не провести здесь параллель с бурением дробовым, забой скважины при котором разрушается гладкой по торцу дробовой коронкой и в скважину насыпаемой чугунной или стальной дробью.

Египтологи к инструментам для сверления относят и трубчатое сверло, а также медное и каменное острие. Во всех случаях при сверлении кварцевый абразивный порошок применялся. Сверление каменных сосудов осуществлялось также с помощью коловорота, снабженного эксцентричной ручкой и двумя тяжелыми гирями. Ручка, по-видимому, была деревянной; само же сверло, нередко сегментовидной формы, делали из кремня. Много таких сверл было найдено в Египте. Обнаружено немало отверстий, просверленных с помощью этих сверл.

Интерес особый представляют сведения археологов о том, что при обследовании захоронений в Саккара (Египет) обнаружен был высверленный большой сердечник в диаметре около 80 мм из гранита красного крупнозернистого. На стороне сердечника наружной были обнаружены пятна зеленые, при сверлении образовавшиеся инструментом медным, найден также маленький высверленный сердечник диоритовый около 32 мм. диаметром.

Считается, что пилы и сверла изготавливали из меди вплоть до Среднего царства эпохи (около 2000 г. до н. э.), впервые когда бронзовые орудия появились. Они употреблялись до той поры пока не были железными вытеснены.

Ученые некоторые допускают, что в камнях для сверления отверстий египтяне древние применяли трубчатые сверла, в торцовой части армированные, а также снаружи и внутри трубки твердыми камнями драгоценными. Другие выдвигают гипотезу, что сверление велось с помощью только порошка абразивного, который готовился из песка кварцевого. Гипотеза эта нам представляется наиболее вероятной. бронзовых, медных или инструментов железных, вставками твердыми армированных, не обнаружили пока археологи.

Со времени античности до нас дошли многочисленные свидетельства о бурении шпуров в горных породах.

Глубина шпуров, по-видимому, не превышала 0,5 м. Бурили их ударным способом с помощью специальных зубил. Этот метод широко использовался в каменоломнях при откалывании целиков. На применение метода сверления горных пород еще до VI в. до н. э. указывает Гесиод, который в «Теогонии» упоминает «хорошо высверленный [кузнечный] горн».

Автор книги в римских термах, находящихся на территории древнего города Одесоса (г. Варна), нашел глыбу туфа с отверстием диаметром примерно 100 мм и длиной примерно 300 мм.

Отверстие носит следы высверливания и ударов. В Археологическом музее г. Варны экспонируется мраморная плита с рядом неглубоких явно высверленных лунок от 50 до 200 мм диаметром и глубиной до 100 мм.

Высверливание отверстий широко применялось при создании различной военной техники.

На рис. показан таран ударного действия. Приведем описание действия этого тарана, основываясь на сведениях греческого писателя Афинея (II-III вв. н. э.). Балка 1 с острием на конце, окованном железом, приводится в движение воротом 3. Петля каната 2 навита на ворот и связана с балкой в точках А и В. В зависимости от того, в какую сторону поворачивают ворот, канат двигает балку назад или вперед. Катки 4, на которых лежит балка, установлены в деревянном желобе 5 таким образом, что концы катков вделаны в боковины желоба.

Желоб расположен на помосте. Выступающая часть его покрыта, как сводом, сырыми кожами, которые поддерживаются дугами 6 из гибкого дерева.

Как видно, уже в древнем таране нашли примитивное воплощение многие элементы современного ударно-штангового бурения.

Представляют большой интерес сообщения древних авторов о применении для тех же целей огромных буравов. Первые известные нам упоминания этого способа имеются у Витрувия и Тита Ливия. Витрувий сообщает, что служивший в войсках Александра Македонского Диад изобрел «бурав» для разрушения крепостных стен. Более полные сведения об использовании буравов содержатся у Тита Ливия. Описывая осаду Ганнибалом города Сагунта, Тит Ливий останавливается и на применении буравов. Согласно данным Тита Ливия, осадные буравы представляли собой вращательные устройства, которые размещали в защищенном подвижном помещении. Бурав приводился в действие вручную. Он имел некоторый угол наклона по отношению к горизонтальной плоскости, поэтому образующиеся при действии бурава пыль и осколки из него высыпались и не препятствовали проникновению его в стену.

В античных источниках есть сведения о двух типах буравов стенных, различающихся по способу передачи бураву вращательного движения. В первом случае вращательное движение передавалось при помощи сверлильного пучка, во втором — обыкновенного ворота. В стене отверстия рядами просверливали близко друг к другу. После этого стену можно было ломать вручную. В результате получалось широкое отверстие и два человека спина к спине, стоя в нем, могли кирками расширять брешь в стене. Одновременно применялись деревянные крепления типа рудничного. Брешь когда достигала глубины нужной, деревянные столбы обмазывались серой и смолой, заполняли брешь хворостом и поджигали. В результате стена разрушалась.

Говоря о развитии бурения, нельзя не вспомнить о достижениях древней китайской цивилизации в этой области. Еще до нашей эры китайцы широко применяли бурение. Отдельные элементы бурового инструмента они изготавливали из бамбука — растения, самой природой казалось бы предназначенного для этих целей. Они бурили скважины и при помощи зубила с бамбуковым шестом. Раздробленная порода смешивалась с водой и затем извлекалась с глубины небольшим ведром. Когда изобрели пеньковый канат, то к нему стали прикреплять бамбуковый ствол с зубилом на нижнем конце. Зубило при падении на забой дробило породу, за счет чего скважина углублялась. Использовали для извлечения шлама желонку примитивную, трубу представляющую собой (по-видимому, также из бамбука), оборудованную на нижнем конце клапаном, открывался который при ударе трубы о забой. После таких нескольких ударов наполнялась труба пульпой. Трубу извлекали на поверхность при помощи ворота.

Приведенных сведений вполне достаточно для утверждения, что в античную эпоху люди были знакомы с некоторыми элементами технологии разрушения горных пород сверлением, ударом и абразивной распиловкой. Именно они в дальнейшем и легли в основу разработки вращательного и ударного способов бурения скважин.