Главная › Новости

Назначение и способы бурения

Опубликовано: 05.09.2018

Водопонижение скважинами. Высокий уровень вод на строительной площадке Минск Dewatering with wells

Буровые работы в строительстве производятся главным образом при инженерно-геологических изысканиях, разработке взрывным способом скальных грунтов или рыхлении мерзлых, устройстве свайных оснований, искусственном закреплении грунтов, водопонижении, оттаивании грунтов и др.

Бурением образуются в грунте каналы различного диаметра и глубины. Каналы диаметром до 75 мм и глубиной до 5—6 м называют шпурами, при больших размерах — скважинами. По расположению в грунте они могут быть вертикальными, наклонными и горизонтальными. Дно скважины (шпура) называют забоем, верхнюю часть — устьем. При буровых работах, как правило, используется механическое оборудование. Применение ручного бурового инструмента допускается при небольшой глубине бурения и незначительных объемах работ.

Способы бурения подразделяются на две группы. Механическое бурение осуществляется породоразрушающими инструментами, непосредственно воздействующими на породу вращательным, ударным, вибрационным, ударно-вращательным и другими способами. Немеханическое бурение — это разрушение горной породы физико-механическими методами без прямого контакта источника воздействия с породой. Физико-химические способы включают термическое, взрывное, гидравлическое, электрогидравлическое и плазменное бурение. 6 производстве буровых работ наиболее распространены механические способы. Из немеханических практическое применение имеет термическое (огневое) бурение. Остальные способы находятся в стадии исследований и производственных испытаний.

Рис. 5.1. Установки вращательного способа бурения:

а - буровой станок шнекового бурения УШБ-16; 1-мачта; 2-вращатель; 3-буровая штанга (колонка); 4 -бур; б - схема установки роторного буревия; 1 - долото; 2 - буровая штанга; 3-муфта; 4 — ротор; 5-лебедка; 6 - вертлюг; 7-насос для подачи в скважину глинистого раствора 1 скважину глинистого раствора

Целесообразность применения того или иного способа бурения зависит от физико-механических свойств горных пород, объема работ, материально-технических ресурсов, условий производства работ и определяется путем сравнения технико-экономических показателей вариантов производства работ.

Рис. 5.2. Буровой станок ударно-канатного бурения: 1 — долото; 2—желонка; 3 — ударная штанга; 4 — канатный замок; 5 — подъемная стрела; 6 — стреловой канат; 7 — крестовое долото

Вращательный способ бурения заключается в разрушении породы путем скалывания ее буровым инструментом, который совершает вращательное движение. Этот способ имеет разновидности: шнековое, роторное и колонковое бурение.

При шнековом бурении, которое применяется только в мягких породах, наконечник бурового инструмента — резец — сверлит породу в забое и разрушенная порода извлекается из скважины вращающимся спиральным шнеком (рис. 5.1, а).

Роторное бурение производится породоразрушающими инструментами режущего (в породах мягких и средней плотности) или шарошечного типа (в плотных). При вращении долота шарошечного типа, прижатого к забою значительным осевым усилием, конические шарошки, свободно вращаясь на опорах, обкатывают скважину и разрушают породу по всей площади забоя. Для очистки скважины от породы и охлаждения долота к забою подаются вода, глинистый раствор или сжатый воздух (рис. 5.1, б).

При колонковом бурении скважина образуется в результате разрушения породы по кольцевому пространству буровым инструментом, состоящим из колонковой трубы с коронкой в нижней части, с помощью которой берется керн — проба породы ненарушенной структуры. Удаление породы обеспечивается подачей в скважину промывочной жидкости, которая охлаждает коронку и способствует закреплению стенок скважины. Колонковое бурение возможно в породах любой крепости, но трудоемкость его по сравнению с другими способами значительно выше.

При ударном способе бурения породоразрушающий инструмент — буровая штанга с долотом — совершает поступательно-возвратное движение и наносит периодические удары по забою скважины. Для очистки от породы в скважину подается вода и образующаяся жидкая масса (шлам) желонкой извлекается из скважины. Принцип ударного бурения используется в станках ударно-канатного бурения (рис. 5.2).

Ударно-вращательное бурение производится при одновременном воздействии усилий, характерных для вращательного способа, и динамических (ударных) нагрузок на буровую колонку. При этом повышается интенсивность разрушения породы и уменьшается интенсивность изнашивания коронки по сравнению с вращательным бурением. Удаляется порода из скважины потоком сжатого воздуха, отработавшего в пневмоударнике, или водой, нагнетаемой в скважину. Этот способ рационален при бурении плотных и трудноразрушаемых трещиноватых пород. По принципу ударно-вращательного бурения работают пневматические бурильные молотки-перфораторы, которые применяются для бурения шпуров.

При вибровращательном бурении одновременно с вращением бурового инструмента происходит его вибрация. По сравнению с вращательным бурением повышается скорость бурения как нескальных, так и скальных пород средней крепости.

Термическое бурение осуществляется в результате разрушения породы за счет больших местных напряжений, возникающих при нагреве ее огнеструйной реактивной горелкой. Газовый поток, поступающий в забой, имеет высокую температуру (до 2500 °С) и сверхзвуковую скорость (до 2000 м/с). Он нагревает породу, сдувает частицы, отслоившиеся от массива, и уносит их из скважины (рис. 5.3). Над устьем скважины установлен ловитель, действующий по принципу циклона, в котором осаждаются частицы породы. Этот способ применяется при бурении плотных пород кристаллической структуры и особенно эффективен для пород, содержащих кремнезем.

Рис. 5.3. Принципиальная схема термического способа бурения:

1 — термоголовка; 2 - шланг для подачи горючего; 3 — шланг для подачи кислорода; 4 — шланг, подающий воду для охлаждения