День-5-СЖД-бурение. Буровые и горнопроходческие работы

• Название: Буровые и горнопроходческие работы
• Дата: 19.11.2022
• Размер: 24.81 Kb.
• Имя файла: День-5-СЖД-бурение.docx
• Тип: Документы; #798533

Инженерно-геологическая практика.

Тема: Буровые и горнопроходческие работы.

1. 
   Буровые работы.
   

Буровые и горнопроходческие работы являются важнейшей частью инженерно-геологических и гидрогеологических исследований. С помощью буровых скважин и горных выработок (шурфов, штолен и др.) выясняют:

• 
  геологическое строение и гидрогеологические условия строительной площадки на необходимую глубину;
  
• 
  отбирают пробы грунтов и подземных вод;
  
• 
  проводят опытные работы и стационарные наблюдения.
  

Буровая скважина — цилиндрическая вертикальная выработка (реже наклонная) малого диаметра, выполняемая специальным буровым инструментом. В буровых скважинах различают устье (начало), стенки и забой или дно.

Сущность бурения заключается в постепенном и последовательном разрушении (или обуривании) породы на забое и извлечении ее на поверхность. Образцы породы, извлекаемые из скважин, называют буровым

керном.

Для изоляции водоносных горизонтов и предупреждения вывала пород со стенок скважин ствол скважины, т. е. выбуренное пространство, закрепляют обсадными трубами.

К преимуществам бурения относят: высокую скорость проходки скважин, возможность достижения больших глубин, механизацию спускоподъемных операций, мобильность буровых установок.

Бурение имеет и недостатки: невозможность осмотра стенок скважины ввиду малого ее диаметра, небольшой размер образцов, необходимость промывки скважин при бурении и др.

Диаметр скважин, используемых в практике инженерно-геоло­гических изысканий, обычно находится в пределах 33—325 мм. Для гидрогеологических целей бурят скважины большего диаметра. Глубина скважин определяется задачами исследований и для инженерных сооружений редко превышает 30—50 м. При поисках и разведке подземных вод для водоснабжения глубина скважин может достигать 800 м и более.

Бурение скважин производят буровым наконечником, который, соединяясь с бурильными трубами (штангами), создает буровой снаряд. Удары или вращение этого снаряда и передачу на него давления осуществляют буровыми станками, приводимыми в действие различными двигателями.

При инженерно-геологических исследованиях обычно применяют следующие виды бурения скважин: вращательно-колонковое, ударно-канатное кольцевым и сплошным забоем, вибрационное и шнековое. Другие виды бурения, с помощью которых трудно отобрать керн, при инженерно-геологических работах широкого применения не находят.

Вращательно-колонковое бурение позволяет бурить скважины диаметром 73—219 мм почти во всех разновидностях пород, включая и скальные, глубиной до 100 м и более. Буровой снаряд состоит из пустотелой колонковой трубы длиной 0,5—4,5 м с коронкой и колонной бурильных штанг. При вращении бурового снаряда коронка колонковой трубы с зачеканенными в ней зубьями из твердых сплавов прорезает кольцевой канал в породе, т. е. выбуривает столбик породы — керн. Используются также дробовые и алмазные коронки. После заполнения колонковой трубы керном буровой снаряд отрывают от забоя и поднимают на поверхность. Затем отвинчивают буровую коронку и извлекают керн из колонковой трубы.

В глинистых породах для отбора проб грунта ненарушенной структуры (монолитов) используют наконечники специальной конструкции — грунтоносы, диаметром не менее 100—125 мм.

При колонковом бурении через бурильные трубы на забой подается глинистый раствор, вода или сжатый воздух. Буровой инструмент при этом охлаждается, а измельченная порода (шлам) выносится на поверхность в специальные отстойники.

Ударно-канатное бурение рекомендуется в районах с недостаточной геологической изученностью, так как позволяет вести тщательное описание горных пород. Различают ударно-канатное бурение сплошным забоем диаметром 127—325 мм с применением долот и желонок в крупнообломочных и песчаных обводненных грунтах и ударно-канатным кольцевым забоем диаметром 89—325 мм в песчаных и глинистых необводненных или слабообводненных грунтах.

Глубина бурения в нескальных породах — до 100—150 м, в скальных — на большую глубину. Проходка ведется за счет сбрасывания на забой утяжеленного бурового снаряда (желонки, забивного стакана), подвешенного на канате, и последующего его подъема на поверхность вместе с породой.

В галечниках и скальных породах на забой сбрасывается долото, а очистка забоя ведется желонкой.

Одним из наиболее производительных способов бурения является вибробурение, при котором буровой снаряд погружается в породу благодаря вибрационным колебаниям. При помощи вибратора глинистые и песчаные обводненные породы проходят на глубину до 15—20 м. Следует помнить, что под влиянием вибрации глинистые грунты изменяют свою структуру и уплотняются.

Шнековое бурение характеризуется высокой механической скоростью при проходке скважин в песчано-глинистых грунтах на глубину до 30 м. Разрушение пород производится вращающимся долотом, а подъем их — шнеками, т. е. трубами, на поверхность которых приварена стальная спираль. При этом способе бурения качественное геологическое описание затруднительно.

Бурение скважин в неустойчивых и водонасыщенных породах осложняется вследствие обваливания и оплывания стенок. Для их крепления применяют стальные обсадные трубы, которые опускают в скважину, после чего продолжают бурение наконечником уже меньшего диаметра. По окончании бурения обсадные трубы извлекают, а скважину ликвидируют путем тампонажа глиной или цементно-песчаным раствором.

Ручное ударно-вращательное бурение из-за низкой производительности и высокой трудоемкости применяется в крайне ограниченном объеме (труднодоступная местность, плотная городская застройка и др.). Ручным способом бурят скважины в рыхлых грунтах на глубину до 10—15 м, реже 30 м.

При гидрогеологических исследованиях бурят скважины разведочные, опытные, наблюдательные и разведочно-эксплуатационные. Скважины, предназначенные для забора воды, называют скважинами на воду, они отличаются от других большим диаметром, что связано со значительными размерами погружных водоподъемных средств. Бурение скважин на воду осуществляется, в основном, ударно-канатным и роторным способом, реже вращательно-колонковым.

Роторный способ — это вращательное бурение сплошным забоем, с промывкой или продувкой воздухом, с вращателем (ротором) на поверхности. Роторное бурение используют для бурения скважин различной глубины (обычно более 150 м) на водоносные горизонты, ранее хорошо изученные и опробованные. Скорость бурения весьма высокая. Порода на забое разрушается полностью с помощью шарошечных долот. Для роторного бурения используют самоходные установки УРБ-2А, УРБ-ЗАМ, УРБ-4ПМ, а при бурении до 100 м — АВБ-3—100.

2.Горнопроходческие работы.

К главнейшим горнопроходческим выработкам относят расчистки, канавы, штольни, шурфы. При инженерно-геологических работах наиболее часто используют шурфы.

Расчистки, канавы и штольни относят к горизонтальным выработкам. Их целесообразно применять на участках, сложенных крутопадающими слоями. При слабонаклонном и горизонтальном залегании слоев следует проходить шурфы и буровые скважины.

Расчистки— выработки, применяемые для снятия слоя рыхлого делювия или элювия с наклонных поверхностей естественных обнажений горных пород.

Канавы (траншеи)— узкие (до 0,8 м) и неглубокие (до 2 м) выработки, выполняемые вручную или с помощью техники с це­лью обнажения коренных пород, лежащих под наносами.

Штольни —подземные горизонтальные выработки, закладываемые на склонах рельефа и вскрывающие толщи горных пород в глубине массива. Стены штольни, как правило, крепятся, если их проходят в нескальных породах.

Шурфы— колодцеобразные вертикальные выработки прямоугольного (или квадратного) сечения. Шурф круглого сечения называют «дудкой». Проходку дудок легче механизировать, но по прямоугольным шурфам проще и точнее определить положение слоев в пространстве.

Шурфы помогают детально изучать: геологическое строение участка, производить отбор любых по размеру образцов с сохранением их структуры и природной влажности. Недостатком является: высокая стоимость и трудоемкость работ по отрывке шурфов, особенно в водонасыщенных породах. Следует отметить, что за последнее время появились специальные шурфокопательные машины, позволяющие проходить шурфы круглого сечения. Размер шурфов в плане зависит от их предполагаемой глубины. Чаще всего это 1x1 м;1x1,5м; 1,5 х 1,5 м и т. д. Диаметр дудок не превышает 1 м. Обычно глубина шурфа бывает 2—3 м, максимально до 4—5 м.

По мере проходки шурфа непрерывно ведут геологическую документацию — записывают данные о вскрываемых породах, условиях их залегания, появлении грунтовых вод; производят отбор образцов. По всем четырем стенкам и дну делают зарисовку и составляют развертку шурфа. Это позволяет более точно определить мощность слоев и элементы их залегания в пространстве.

Наиболее распространены на изысканиях мелкие шурфы глубиной до 3—5 м сечением 1x1,25 м. Обычно их проходят в песчаных и глинистых грунтах. Шурфы большого сечения (более 2 м²) выполняют для специальных опытных работ и при большой глубине шурфа. Шурф проходят путем углубления забоя и выброса грунта вначале лопатой, далее с помощью бадьи,

поднимаемой воротком. В скальных породах шурф углубляют с использованием отбойных молотков и взрывных работ. По мере углубления стенки шурфа необходимо укреплять, в противном случае, возможно их обрушение. При проходке водонасыщенных пород организуют водоотлив. Глубокие шурфы обязательно проветривают. По окончании разведочных работ шурфы тщательно засыпают, грунт утрамбовывают, а поверхность земли выравнивают.

3.Гидрогеологические наблюдения в скважинах.

Гидрогеологические наблюдения в скважинах заключаются в замере уровня воды и температуры, отборе проб воды. Замеры уровня воды производят от одной точки устья скважины с точностью ±1,0 см. В каждой скважине определяют глубину появления и установившийся уровень подземных вод. Температура подземных вод замеряется ртутными термометрами, вмонтированными в металлическую оправу. Для отбора проб воды используют различные пробоотборники объемом от 0,5 до 3,0 л. Наблюдения за поглощением промывочной жидкости и выходом керна позволяют предварительно оценить водопроницаемость пород в различных интервалах скважин. Интенсивное поглощение воды и малый выход керна свидетельствуют о трещиноватости и раздробленности пород и их возможной высокой водообильности. При бурении водозаборных скважин предусматривают тщательную изоляцию намеченного к эксплуатации водоносного горизонта от других водоносных горизонтов и поверхностных загрязнений. Чаще всего для этого задавливают башмак колонны обсадных труб в водоупорные породы или производят за трубную цементацию колонны труб. Качество изоляции водоносных горизонтов проверяют откачкой воды из скважины и наблюдением за положением уровня. Постоянство уровня воды указывает на надежность изоляции.

4. Геологическая документация буровых и горнопроходческих работ. Основными геологическими документами разведочных работ являются буровой журнал и журнал горных выработок. В журналах по мере бурения скважин и проходки шурфов подробно описывают состав и состояние вскрываемых пород, указывают глубину отбора проб породы и воды, приводят результаты наблюдений за появлением уровней подземных вод, выходом керна, качеством изоляции водоносных горизонтов и т. д. По данным буровых и горных журналов составляют разрезы (колонки) отдельных скважин и шурфов. Данные нескольких разрезов (колонок) объединяют в инженерно-геологические или гидрогеологические профили (разрезы).

Просмотр учебных фильмов по инженерно-геологическим изысканиям в YouTube:
https://youtu.be/5Sf6IQ9nQNA -Бурение.

https://youtu.be/bm0IvHxrNmY?t=178 – Полный цикл строительства скважин. Часть 1. Технология бурения скважин-смотреть фильм до 7 мин. 48 сек.

https://youtu.be/-AcXnLJOfAc – Обзор характеристик колонкового и RC бурения.

https://youtu.be/rIUQ5lPtgJw -Геомаш- Технология ударно-канатного бурения.

https://youtu.be/9Gs_r8E74XA?t=179 – Вибрационное бурение СОНИК. Принцип работы и применение.

https://youtu.be/cisUYM61jh0 -Шнековое бурение.