Бурение инженерно-геологических скважин. 1. Особенности бурения скважин при проведении инженерногеологических изысканий
 Скачать 50.65 Kb.
|
|
1. Особенности бурения скважин при проведении инженерно-геологических изысканий. Инженерно-геологическая разведка – комплексный метод получения информации об инженерно-геологических условиях некоторой области литосферы путем проведения горно-буровых опытных инженерно-геологических и гидрогеологических работ инженерно-геологического опробования и лабораторных работ, документации строительных выемок и режимных инженерно-геологических наблюдений. При проведении инженерно-геологических исследований прибегают к проходке горных выработок. Для этих целей применяется ручное и механическое бурение. Ручное бурение выполняют ударно-вращательным или ударно-канатным способом. Механическое бурение осуществляется вращательными, ударно-механическими и вибробуровыми установками. Бурение скважин выполняется для изучения геологического разреза, т. е. для выявления последовательности залегания пластов, их мощности состава, плотности, консистенции, влажности, водоносности, а также для отбора образцов пород и последующего испытания в лабораторных условиях. Выбор способа бурения зависит от состава проходимых пород, назначения и глубины бурения, условий производства работ. При выборе способа бурения особое внимание уделяется качеству отбираемых образцов пород и экономической эффективности. В ходе инженерно-геологических исследований применяют способы бурения: дающие керн в виде столбика грунта с относительно ненарушенной структурой (колонковый, пневмоударный, ударно-канатный с кольцевым забоем, шнековый с кольцевым забоем, вибрационный способы); дающие керн, представляющий собой грунт нарушенного строения (медленно-вращательный, шнековый и ручной ударно-вращательный способы); позволяющий получать полностью разрушенный грунт в виде шлама (ударно-канатное бурение сплошным забоем и роторное). Выделяют следующие методы бурения скважин: Вращательное бурение. При этом типе, разрушение породы производится в результате вращательного движения штанги. Штанга, в свою очередь, также может иметь два варианта исполнения: прямая и с витками (шнековая). Витки позволяют удалять на поверхность разрушенную породу и почву, осыпающуюся при бурении. Режущие и дробящие коронки раздавливают и срезают породу, тем самым позволяя штанге продвигаться глубже и глубже. Вращательное бурение может выполняться как на полное сечение скважины, так и колонковым способом. Ударное бурение. Разрушение породы происходит под воздействием ударов буровым наконечником (долотом). Само ударное бурение подразделяется на канатное и штанговое. Наконечник опускается в скважину либо с помощью каната или посредством стержней-штанг. Штанговое-ударное бурение может выполняться как с промывкой, так и без нее. Ударное бурение производится сплошным забоем, т.е. на полное сечение скважины. Ударно-поворотное бурение является разновидностью ударного бурения. В данном случае, буровая установка производит удар на вал редуктора, который поворачивает штангу. Поворот штанги на определенный угол обеспечивается за счет преобразования поступательной энергии в поворотную. Таким образом, штанга продвигается в те моменты, когда молот наносит удар на вал редуктора. Скважины могут быть зондированными, разведочными, опытными и инженерно-гидрогеологическими. По глубине они могут быть: мелкими (до 10 м), неглубокими (до 30 м), средними (до 100 м) и глубокими (свыше 100 м). Колонковое бурение применяется при бурении скальных и полускальных пород с глинистой промывкой. Данный тип инженерно-геологического бурения скважин наиболее часто используется геологами, поскольку его особенности позволяют добывать хорошие образцы почвы с больших глубин. При бурении колонковым способом, применяется полые штанги, благодаря чему почва и порода, сквозь которую проходит головка буровой машины, остается в полости штанги. Таким образом, ее можно легко извлечь и использовать в научно-исследовательских целях. Предельная глубина бурения 100 м. Шнековое бурение используется в тех случаях, когда на пути прохождения шнека может встретиться порода, разная по своему составу и происхождению. Из-за того, что плотность и прочность породы может меняться, буровая установка испытывает большие перегрузки и повышается вероятность выхода ее из строя. Чтобы этого избежать, применяются шнеки на конце буровой штанги. Они имеют большую прочность, что позволяет им с меньшим усилием проходить сквозь твердые породы. Область эффективного использования шнекового способа ограничена нескальными грунтами (глинистыми и песчаными). Рациональной областью применения этого способа является проходка зондировочных и разведочных скважин в основном в пластичных и тугопластичных глинистых грунтах. Предельная глубина бурения 50 метров. Вибрационное бурение основано на передаче направленных колебаний на буровой инструмент. Частота данных колебаний обычно лежит в пределах 1200-2000 в минуту, амплитуда составляет 1,5-10 мм. Бурение скважин таким способом позволяет добывать породу и выводить ее на поверхность одновременно с бурением. Применение полого зонда для транспортировки породы наверх позволяет ускорить процесс добычи образцов грунта или породы. Благодаря вибрации, почва продвигается вверх по полому зонду, после чего ее можно извлечь и собрать. Однако, такой метод нельзя применять в тех случаях, когда почва имеет рыхлую структуру или склонна к разрыхлению в результате воздействия на нее вибрации. Предельная глубина бурения 20 метров. Ударно-канатное бурение подразумевает использование ударного наконечника и троса, на котором он подвешен. За счет повторяющихся ударов наконечника происходит разрушение пород. В качестве наконечника может использоваться: буровой стакан - в случае бурения связных пород; желонка - при бурении несвязных пород; долото - при бурении скальных пород. Предельная глубина бурения 50 метров. Таблица 1 – Способы и разновидности бурения скважин при инженерно-геологических изысканиях согласно СП 11-105-97
2. Современное буровое оборудование для бурения инженерно-геологических скважин (назначение, параметры, области применения). Работа инженерно-геологических буровых установок имеет некоторые отличия от стандартных бурового оборудования. Поскольку назначение пробуренных скважин может быть разное, такое оборудование должно быть подходящим для разных видов работ. К основным направлениям и необходимым требованиям относят следующие нюансы: Практичность установки – исследования нередко проводятся не в самых простых условиях. Поэтому наличие ровной и прочной почвы для установки такого оборудования не всегда обеспечивается. Чтобы использовать буровые машины было максимально удобно и безопасно, они должны быть не слишком габаритными и иметь относительно не высокую массу. Так их будет легко монтировать и демонтировать, в зависимости от обстоятельств. Прочность оборудования и отдельных узлов буровой установки –поскольку для выполнения поставленной задачи необходимо провести бурение прочных пород, важно, чтобы оборудование было к этому готово и такие препятствия не отразились на его работе. Например, если во время бурения головка штанги попадет на песчаник, то ее коронки могут несколько сточиться. Но наиболее ценным оборудование в таких установках считается двигатель. Поэтому, при повышении нагрузки на него, он не должен перегреваться или выходит из строя. Для этого такие узлы имеют двукратный запас прочности. Многофункциональность – для получения качественных результатов бурения, специалистам необходимы образцы почвы и полезных ископаемых, которые, возможно, пролегают в том или ином горизонте. Для получения образцов грунта, штанги буровой установки выполняются полыми, чтобы в них оставались образцы, необходимые для изучения. Чтобы весь процесс бурения был качественен и безопасен, по буровой штанге должно подаваться масло или вода, для охлаждения металла, антиокислитель, пар, а также фильтры, которые фильтруют песок со скважины и частицы полезных ископаемых. Они тоже имеют большое значение при составлении отчета о геологии почвы. Помимо этого, буровая установка должна иметь несколько входящих и отводящих патрубков. Они необходимы для подвода и вывода рабочих жидкостей из буровой штанги. После того, как исследователи получат необходимые образцы, через штангу заливают специальный раствор, который предотвращает окисление полезных ископаемых и изменение химического состава грунта. Чтобы специалисты смогли получить образцы нужного качества, по которым можно было бы сразу сделать то или иное заключение, необходимо исключить смешивание грунтов – того, что на поверхности с тем, что в недрах земли. Для отделения образцов и защите от загрязнения их почвой с верхних слоев земли, используют специальные щитки, которые устанавливаются на месте бурения скважины. Они не позволяют земле с поверхности попасть в скважину и усложнить процесс исследования. Для инженерно-геологических изысканий применяются передвижные и переносные буровые установки: Малогабаритные переносные буровые установки ББУ-000 "Опёнок" пользуются популярностью благодаря низкой цене при достаточно высоких технических характеристиках. Установка выполнена по блочному принципу, легко транспортируется в труднодоступные места и собирается на быстро разъемных соединениях, может работать в зданиях высотой свыше двух метров. Ее назначение – бурение инженерно-геологических, поисково-картировочных, технических скважин (в том числе - наклонных), диаметром до 250 мм глубиной 50 - 100 м. "Опенок" может применяться при сооружении буроинъекционных и буронабивных свай. Установка оснащается электрическим, бензиновым или дизельным двигателем мощностью 15 - 23 кВт. Тип привода подвижного вращателя - гидравлический. ББУ-000 может устанавливаться на различные транспортные средства повышенной проходимости для работы в условиях бездорожья. Особенности установки: позволяет производить работы в стесненных условиях, в т.ч. в зданиях и подвальных помещениях с ограничением габаритов по высоте. закрепленные на основании блоки и узлы могут быть сняты и размещены в удобном для обслуживания месте на расстоянии, определяемом длиной рукавов гидросистемы; для простоты монтажа и демонтажа блоков и узлов, соединения гидравлических рукавов осуществляются с помощью быстроразъемных соединений; стойка механизма подачи снабжена телескопическими подкосами для повышения её устойчивости в наклонном положении под действием осевой нагрузки и момента вращения; для повышения устойчивости установки при бурении стойка механизма подачи имеет систему «дампинга» (продольное перемещение стойки до упора в грунт с фиксацией); бурение на склонах и откосах. Таблица 2 – Технические характеристики ББУ-000 "Опёнок"
Устройство динамического зондирования УДОЗ – предназначено для ударного погружения штанг динамических с зондом в соответствии с требованиями ГОСТ 19912-2012 "Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием". УДОЗ относится к ручному механизированному инструменту. Для транспортировки устройства с пикета на пикет на стойке смонтирована система подвески колес, которая позволяет выставлять устройство по вертикали. Настройка УДОЗ осуществляется без использования специального инструмента и дополнительных элементов. Изделие комплектуется сменными грузами массой 14 и 30 кг. Таблица 3 – Технические характеристики УДОЗ
Установка УГБ-996 «Пионер» - предназначена для бурения инженерно-геологических, геологоразведочных, специальных технических скважин и полевых испытаний грунтов. Технические особенности УГБ-996 «Пионер»: Самоходная гидроприводная тележка повышенной проходимости обеспечивает уверенное движение по бездорожью. Для очистки рабочей площадки от снега, камней и валежника, а также для позиционирования на пикете установка оснащена бульдозерным отвалом. Электроприводная буксировочная лебедка предназначена для ликвидации аварийных ситуаций в тяжелых условиях бездорожья. Управление движением гусеничной платформы осуществляется дистанционно с пульта радиоуправления, а при необходимости с бортового операционного пульта. Гидросистема буровой машины изготовлена с использованием импортных комплектующих ведущих мировых производителей. Установки УГБ серии 996 оснащаются дублированной системой управления всеми функциями, включая управление буровыми процессами. Управление осуществляется с операционного пульта машины либо с радиопульта, в зависимости от ситуации и на основании выбора бурильщика. Благодаря применённым техническим решениям (гидропатрон, гидравлический трубодержатель, гидравлический раскрепитель, дампинг и др.), а также высокой степени механизации процессов бурения, технологические операции при выполнении буровых работ удобны, комфортны, не требуют повышенных усилий и напряжения как бурового мастера, так и помощника бурильщика. Вращатель проходной с гидропатроном зажимным предназначенным для работы с бурильными трубами ТБСУ, а также со штангами для статического и динамического зондирования. Позволяет удерживать, производить бурение, осуществлять свинчивание/развинчивание труб при спуско-подъемных операциях, а также штанг статического и динамического зондирования при проведении полевых методов испытания грунтов и СПО. Установки УГБ серии 996 являются эффективным решением для проведения буровых работ и соответствуют, либо превосходят по параметрам современные зарубежные аналоги. Таблица 4 – Технические характеристики УГБ-996 «Пионер»
Буровая установка МБУ-300 с гидравлическим приводом подвижного вращателя предназначена для бурения скважин при инженерно-геологических изысканиях, в том числе при строительстве нефтегазопроводов, с отбором проб грунта. МБУ-300 обеспечивает бурение вертикальных скважин в породах I - IV категорий по буримости шнеками диаметром до 135 мм, колонковыми снарядами "всухую" диаметром 127 мм. Таблица 5 – Технические характеристики МБУ-300
Буровая установка ПБУ-2 с механическим приводом подвижного вращателя - предназначена для решения задач при инженерно-геологических изысканиях и реализовывает все технологии бурения с отбором проб грунта. ПБУ-2 обеспечивают ударно-канатное бурение с применением забивных стаканов и грунтоносов, колонковое и бескерновое «всухую» / с промывкой / с продувкой, ударно-вращательное (пневмоударники), шнековое, бурение с применением шурфобуров, а также производит статическое и динамическое зондирование грунтов. Подвижный вращатель с механическим приводом в сочетании с мощным гидравлическим механизмом подачи позволяют создавать значительную осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент с первых метров бурения. Конструкция вращателя обеспечивает возможность его отвода в сторону от оси скважины для выполнения спуско-подъемных операций, установки обсадных колонн и реализации технологии ударно-канатного бурения с использованием буровой лебедки. Органы управления ПБУ-2 расположены у основания мачты на раме установки. Для удобства управления установка комплектуется съемной площадкой оператора бурения. Предусмотрены гидравлические домкраты. Эксплуатация машины допускается в районах с умеренным климатом в интервале температур от - 40°С до + 40°С. Таблица 6 – Технические характеристики ПБУ-2
Буровые установки ЛБУ-50 с механическим или гидравлическим приводом подвижного вращателя - предназначены для решения задач при инженерно-геологических изысканиях с возможностью отбора проб грунта. Буровые установки ЛБУ-50 производят бурение скважин колонковым, шнековым способом, бурение с применением шурфобуров, комплексов равнопроходных шнеков (в качестве временной обсадки), а также производит статическое зондирование грунтов. Привод ЛБУ-50 осуществляется от двигателя транспортной базы через коробку отбора мощности (КОМ). Подвижный вращатель с механическим приводом в сочетании с мощным гидравлическим механизмом подачи позволяют создавать значительную осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент с первых метров бурения. Конструкция вращателя ЛБУ-50 обеспечивает возможность его отвода в сторону от оси скважины для выполнения спуско-подъемных операций, установки обсадных колонн и реализации технологии ударно-канатного бурения с использованием буровой лебедки. ЛБУ-50 комплектуются лебедкой грузоподъемностью 3000 кгс с функцией свободного сброса. Таблица 7 – Технические характеристики ЛБУ-50
Список литературы Колпашников, Г. А. Бурение инженерно-геологических скважин на строительной площадке и их опробование: учебно-методическое пособие / Г. А. Колпашников. – Минск: БНТУ, 2016 – 59 с. Коробейников, А. Ф. Геология. Прогнозирование и поиск месторождений полезных ископаемых : учебник для бакалавриата и магистратуры / А. Ф. Коробейников. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2017. — 254 с. Лукьянов, В. Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок : учебник для прикладного бакалавриата / В. Г. Лукьянов, В. Г. Крец. — 2-е изд. — Москва : Издательство Юрайт, 2017. — 342 с. Лукьянов, В. Г. Технология проведения горно-разведочных выработок : учебник для академического бакалавриата / В. Г. Лукьянов, А. В. Панкратов, В. А. Шмурыгин. — 2-е изд. — Москва : Издательство Юрайт, 2016. — 549 с. Милютин, А. Г. Разведка и геолого-экономическая оценка полезных ископаемых : учебник и практикум для академического бакалавриата / А. Г. Милютин. — Москва : Издательство Юрайт, 2018. — 120 с. Официальный сайт компании «Геомаш» [Электронный ресурс] // https://www.geomash.ru/catalog/drilling_equipment/engineering_surveys/ (дата обращения: 24.09.2019). СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||