Ударное и вращательное механическое бурение реферат

Обновлено: 05.07.2024

Ударно-механическое бурение разделяется на два основных вида: штанговое и канатное. Однако на практике применяется почти исключительно канатное бурение по следующим причинам: все канатное оборудование, в том числе и станок, легче штангового; на канате быстрее проводятся спуско-подъемные операции; не требуется организация промывки забоя, исключается высокая аварийность при работе со штангами. Поэтому в рассмотрении упор сделаем на канатное бурение.

Ударно-механическое канатное (т. е. без промывки) бурение применяется в следующих случаях:

1) при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых, когда бурение ведется с целью точного опробования россыпи в осложненных геологических условиях;

2) при проходке галечников и валунных отложений, когда другие виды бурения в таких условиях дают весьма низкую производи-тельность;

3) при разведке малодебитных безнапорных водоносных горизонтов, ибо при бурении с промывкой их легко пропустить;

4) при разведке нефтяных и газовых с малым пластовым давлением месторождений (по указанным выше причинам);

5) в условиях, когда требуется проходка скважин большого диаметра и без промывки;

6) при разведке в безводной местности;

7) при разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых, когда проходятся скважины-шпуры диаметром до 300 мм для закладки больших количеств ВВ (взрывчатых веществ).

Буровые станки

В каждом станке для канатного ударно-механического бурения имеются следующие узлы: 1) главный или трансмиссионный вал, получающий вращение от двигателя и передающий вращение другим узлам; 2) долбежный вал (ударный механизм) с оттяжным роликом; 3) инструментальный барабан (подъемный механизм); 4) желоночный барабан.

Передача движения от главного вала осуществляется или зубчатыми шестернями, или фрикционными колесами.

Движение от двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя главному валу производится плоскоременной или клиноременной передачей.

Станки изготовляются передвижными и самоходными, на колесном или гусеничном ходу, а также на шасси автомашины. Для спуско-подъем-
ных операций станки имеют мачту.

По системе ударного механизма станки разделяются на балансирные и безбалансирные, работающие по принципу оттяжки.

Ударный снаряд подвешивается на канате, который через головной ролик (на мачте), оттяжной ролик (на кривошипно-шатунном механизме) и направляющий ролик (на оттяжной раме) идет к инструментальному барабану.

Снаряд при долблении поднимается и сбрасывается при помощи оттяжного механизма, который состоит из оттяжной рамы и кривошипно-шатунного механизма.

По мере углубления скважины бурильный канат стравливается с инструментального барабана, осуществляя подачу долота.

Периодически осуществляют чистку забоя желонкой, спускаемой на желоночном канате с желоночного барабана.

Чтобы получить скважину круглого сечения, необходимо после каждого удара инструмент (долото) поворачивать

Если в разрезе есть неустойчивые породы, стенки скважин закрепляют колонной обсадных труб. Тяжелые комплекты труб спускают в скважину с трубного (талевого) барабана (есть на ударно-канатных станках тяжелого и среднего типов)

Кроме того, станок часто имеет ручную или механическую лебедку для подъема и опускания мачты. Мачта при перевозках станка кладется в горизонтальное положение.

Ударно-канатные станки имеют примерно следующую основную характеристику: число ударов 40–60 в минуту, ход инструмента (высота подъема) 50–110 см; путем перестановки пальца кривошипа можно изменять ход инструмента.

Станок БУ-20-2 (самоходный), имеющий значительное распространение, имеет следующие характеристики:

· предназначен для бурения скважин начальным диаметром до 300 мм, глубиной – до 300 м;

· вес бурового снаряда 1300 кг;

· высота подъема над забоем –0,45–1,1 м;

· число ударов – 56 в минуту;

· высота мачты 11,6 м;

· вес станка 11,1 т.

Буровой инструмент

Долота предназначены для разрушения породы при ударах по забою. Различают следующие типы долот:

1) тяжелое желобчатое долото, предназначаемое для бурения в крепких породах; во избежание заклинки диаметр лезвия должен быть больше диаметра тела долота;

2) облегченное долото (от предыдущего отличается только меньшей высотой и толщиной и, следовательно, меньшим весом);

3) округляющее или проверочное долото – применяется для обработки скважин с целью уничтожения всех пропусков и неровностей на стенках затрудняющих в дальнейшем спуск в скважину обсадных труб;

4) крестовые долота – применяются при бурении в неоднородных и трещиноватых породах.

Долота изготавливаются из качественной углеродистой стали с содержанием углерода около 0,70 %. Наилучших результатов можно достичь при использовании долот из стали марки 60-С2; долота из легированных сталей не выдерживают частых заправок. Вместо кованых могут с успехом применяться литые долота.

Лезвию долота придается надлежащая форма, и оно закаливается; угол приострения (заправки) лезвия 75–120°, округляющих долот – до 140°. Чем крепче порода, тем более тупой угол должно иметь лезвие.

Ударная штанга представляет собой массивный цилиндр, на нижнем конце которого имеется внутренняя остроугольная резьба под долото, а на верхнем конце – внешняя резьба под канатный замок при канатном бурении и под переходник с ударной штанги на рабочие штанги при штанговом бурении. На обоих концах штанги имеются квадраты под инструментальные ключи. Ударная штанга предназначается для увеличения веса (массы) инструмента, воздействующего на забой. Диаметр ударной штанги обычно равен 0,7 диаметра долота Длина ударных штанг 1,5; 3; 4,5 и 6 м. Чем крепче порода, тем более длинная и тяжелая рекомендуется ударная штанга.

В состав бурового снаряда при проходке с ходовой колонной обсадных труб входит часто расширитель.

Расширитель включается между долотом и ударной штангой. При вводе в обсадные трубы резцы сжимают. При выходе ниже башмака резцы расширителя под действием пружины расходятся и при бурении расширяют скважину, поэтому обсадные трубы легче опускаются.

Ножницы, или яссы, при канатном бурении служат для выбивания инструмента из забоя, для облегчения работы станка и двигателя и для увеличения эффекта удара долота. Ножницы состоят из двух удлиненных звеньев и соединяются между собой, как звенья цепи. На верхнем конце верхнего звена имеется головка с резьбой для соединения с канатным замком; нижний конец звена заканчивается внутренней резьбой под ударную штангу.

Ножницы применяются двух видов: рабочие с расходом 150–250 мм и ловильные с расходом 450–1000 мм.

Изготовляются ножницы путем поковки или литьем.

Канатный замок или ропсакет служит для соединения ножниц (или ударной штанги) с инструментальным канатом. Замок представляет собой цилиндрическое тело, сужающееся кверху и оканчивающееся цилиндром меньшего диаметра. Внизу замка имеется внутренняя нарезка под буровой инструмент, а вверху – отверстие, расширяющееся книзу; в этом отверстии и закрепляется канат.

Как замок, так и ножницы и ударная штанга на шейках резьбы имеют квадратные вырезы под инструментальные ключи.

В качестве инструментального каната применяется стальной канат, свитый из шести прядей вокруг центрального органического сердечника. Диаметр каната 19–25 мм.

Инструментальные ключи служат для прочного соединения бурового инструмента (долота, ударной штанги, ножниц замка).

Для более сильного закрепления резьбы применяют цепные рычаги и специальные трещотки.

Цепной рычаг снабжается двумя кусками цепей, которые одним концом прикреплены к рычагу, а вторым – к вилкам инструментальных ключей во время соединения снаряда.

Трещотка применяется для тех же целей, что и цепной рычаг, только для соединения инструментов большого диаметра (более 8")[2].

Долотами только разрушают породу на забое, но не поднимают на поверхность. Эту операцию выполняют с помощью желонок, представляющих собой полую трубу, на нижнем конце которой закреплен башмак с клапаном. Желонки для чистки скважины при работе долотом без промывки применяются с плоскими, шаровыми, тарельчатыми и полусферическими клапанами; для проходки плывунов используются поршневые желонки.

Желонки могут быть использованы в качестве проходческого инструмента, например по пескам, гравийно-песчаниковым отложениям, плывунам.

Процесс бурения

Последовательность операций при сооружении скважины ударно-механическими станками обычно такова: на месте заложения скважины подготовляется площадка (иногда проходится небольшой шурф-приямок), на площадке устанавливается буровой станок, колеса его раскрепляются колодками. Далее поднимается мачта. После этого собирают буровой инструмент в такой последовательности (снизу вверх): на долото навинчивается ударная штанга, на последнюю ножницы и, наконец, канатный замок.

Собранный снаряд опускают в скважину и ставят долото на забой; оснастка каната должна быть следующей: канат от замка огибает верхний блок мачты или вышки, далее идет под оттяжной ролик и, огибая направляющий ролик, идет к барабану.

Натяжка каната должна быть такой, чтобы при верхнем положении оттяжного ролика долото только слегка касалось забоя. На канате, идущем из скважины, крепится поворотный хомут. Далее пускается в ход двигатель и главный вал, от главного вала – долбежный механизм. После каждого удара долото поворачивается.

После углубки на 30–50 см бурение прекращается, инструмент поднимается на поверхность, и в скважину опускается желонка; после чистки скважины в нее подливается вода и снова приступают к бурению.

Скорость проходки при ударном бурении зависит oт веса снаряда, высоты подъема инструмента и числа ударов. Высота подъема долота обычно находится в пределах 500–1000 мм. Число ударов при малых глубинах скважины достигает 50–60 в минуту; по мере углубки скважины число ударов снижается до 30 в минуту. Число ударов зависит также от величины хода инструмента и плотности шлама. Чем больше ход инструмента, тем больше время его падения, и тем меньше должно быть число ударов. При глубоком бурении и большой длине достаточно эластичного каната он может подхватывать долото раньше, чем последнее успеет ударить о забой, что резко снижает силу удара.

В случае проходки пород, в которых сильно увязает долото, над ножницами ставят вторую ударную (выбивную) штангу.

По буримости при ударно-механическом способе бурения породы разбиты на семь категорий. Скорость проходки в час чистого бурения в зависимости от крепости пород варьирует от 0,05 до 7 м.

8.3. Шнековое и вибрационное
бурение

Шнековое бурение применяют в основном для бурения сейсмических скважин. Шнековое бурение производится без промывки забоя. Порода, разбуренная лопастным долотом типа РХ, попадает на шнек (шнек представляет собой буровые трубы с навитой на них спиралью из полос тонкой стали), который транспортирует ее на поверхность. Поскольку диаметр шнека меньше диаметра долота, шлам, направляясь вверх и тесно соприкасаясь со стенками скважины, частично проскальзывает вниз; шнеки втирают разрыхленную породу в стенки скважины, и таким образом скважина плотно штукатурится. Основной недостаток шнекового бурения – трудность бурения твердых пород, а также скважин глубиной более 100 м.

Вибрационное бурение с использованием вибромолота, расположенного на поверхности (на оголовке бурильной колонны) применимо в мягких породах до IV категории буримости на относительно небольшую глубину (до 15–20 м) для погружения и извлечения зондов, обычно при инженерно-геологических исследованиях.

Забойные вибраторы гидравлического действия, действующие от потока промывочной жидкости, создают вибрацию, которая передается долоту. Порода разрушается под действием ударов долота по забою. Кроме вибраций, долоту может передаваться вращение. Оно осуществляется путем вращения бурильных труб с поверхности. В этом случае получается комбинация ударного и вращательного способов бурения. Для бурения скважин применяются также различные гидро- и пневмоударные механизмы, в этом случае говорят о бурении гидро- и пневмоударниками, пневмопробойниками и т. д.

9. бурение скважин на воду

При проходке скважин на воду могут применяться любые из рассмотренных выше видов бурения. Поэтому ниже излагаются специфические требования к гидрогеологическим и водозаборным скважинам и особенности их проведения.

В зависимости от того, где будет использоваться вода, к ней предъявляются те или иные требования. Так, подземные воды, используемые для водоснабжения и орошения, питьевые воды не должны содержать в растворенном виде заметного количества солей различных элементов. С другой стороны, воды со значительным содержанием таких элементов, как радий, йод, бром и др., могут служить источником добычи этих элементов. Подземные минеральные воды являются одним из важных лечебных средств. Горячие и перегретые воды находят применение для теплофикации городов, обогревания теплиц, для выработки электроэнергии.

Однако не всегда наличие подземных вод является положительным фактором. В ряде случаев они весьма осложняют строительство гидротехнических сооружений, проходку горных выработок, эксплуатационные работы: прорывы вод в горные выработки влекут за собой катастрофические последствия. Поэтому на сильно обводненных месторождениях до начала горных работ проводят дорогостоящие мероприятия по снижению напора подземных вод и по предотвращению обводнения горных выработок.

Бурение скважин и шпуров – процесс образования в массиве горных пород искусственных цилиндрических полостей небольшого поперечного сечения с помощью бура или другого породоразрушающего инструмента.

Процесс бурения заключается в последовательном разрушении пород на поверхности забоя скважины (шпура) и извлечении продуктов разрушения на поверхность.

Различают механические и немеханические способы бурения. Механические разделяют на - ударное и вращательное бурение. К немеханическим относят - термическое, гидравлическое, электроимпульсное, ультразвуковое, электрогидравлическое, электромагнитное, взрывное и др. виды бурения.

При ударном бурении разрушение пород в скважине происходит в результате последовательных ударов по её забою инструмента (буровой коронки и штанг), совершающего возвратно-поступательное движение. Перед каждым следующим ударом инструмент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая разрушение породы по всей площади забоя.

Ударное бурение в зависимости от преобладающего вида движения бурового инструмента делится на - ударно-поворотное, ударно-вращательное и вращательно-ударное.

При вращательном бурении разрушение пород на забое скважины производится путем среза, смятия, раздавливания, скалывания и в меньшей степени истирания вращающимся под постоянным осевым давлением буровым инструментом (коронками, долотом, дробью). К вращательным способам относят – бурение резцовыми коронками, шарошечное, дробовое, алмазное.

Ударное бурение на карьерах осуществляется станками ударно-канатного бурения и станками с погружным пневмоударником. Станки ударно-канатного бурения широко применяли на карьерах для бурения взрывных скважин диаметром 200-300 мм до начала 60-х годов. В настоящее время они полностью заменены более производительными буровыми станками ударно-вращательного бурения..

Ударно-вращательное бурение в варианте с погружными пневмоударниками применяют для бурения скважин диаметром 100-200 мм и глубиной до 30 м на карьерах производственной мощностью до 4 млн. м 3 /год при бурении высокоабразивных весьма и исключительно труднобуримых пород с f = 20., а также при вспомогательных работах в варианте штангового бурения ручными и колонковыми перфоратами для заоткостка бортов крьера, выравнивание подошвы уступов и добыче высокоценных пород исключающих их переизмельчение. Производительность бурения составляет 10÷35 м/смену.

Вращательное бурение скважин осуществляется станками шнекового, шарошечного и алмазного бурения.

Станки вращательного шнекового бурения широко применяют для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 120-200 мм и глубиной до 25 м в породах ниже средней крепости (f ≤ 4-6), главным образом на угольных разрезах (уголь, аргиллиты, мягкие известняки) и при разработке непрочных строительных пород (мергель, мягкий известняк и др.). Производительность их 15-120 м/смену.

Станки вращательного шарошечного бурения применяют для бурения вертикальных и наклонных скважин в породах средней крепости и крепким диаметром 145-660 мм глубиной до 60 м.

Станки вращательного алмазного бурения применяют в породах с f = 10-20; диаметром 36÷110 мм (чаще до 76 мм)

Термическое (огневое) бурение получило распространение при бурении скважин диаметром 250-360 мм и глубиной до 17-22 м, главным образом, в весьма и исключительно труднобуримых кварцсодержащих породах (f >10). Оно может успешно применяться в породах с f = 10-16. Хрупкое разрушение пород происходит в результате нагрева забоя скважины сверхзвуковыми раскаленными струями и появления термических напряжении, превышающих предел прочности минерального образования.

СТАНКИ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Стандарт устанавливает три подгруппы станков для открытых горных работ:

1. СБШ — станки вращательного бурения шарошечными долотами с очисткой скважины воздухом (шарошечного бурения) — пяти типоразмеров с условными диаметрами буримой скважины от 160 до 400 мм при крепости пород f = 6÷18;

2. СБУ — станки ударно-вращательного бурения погружными пневмоударниками с очисткой скважины воздухом (пневмо-ударного бурения) — трех типоразмеров с условными диаметрами скважины — 100, 125 и 160 мм при f = 10÷20;

3. СБР — станки вращательного бурения резцовыми коронками с очисткой скважины шнеком (шнекового бурения) — двух типоразмеров с условными диаметрами буримой скважины 160 и 200 мм при f = 4÷6.

Типоразмеры станков, определяемые главным параметром, — условным диаметром пробуриваемой скважины, базируются на десятом ряде предпочтительных чисел и предусматриваются для бурения скважин диаметрами 100, 125, 160, 200, 250, 320 и 400 мм.

Техническая характеристика шарошечных буровых станков

Показатели	2СБШ-200-32	СБШ-250МНА-32	СБШ-320-36
Диаметр долота, мм	215,9; 244,5	244,5; 269,9
Глубина скважины, м
Направление бурения к вертикали, град.	0; 15; 30	0; 15; 30
Длина штанги, м	17,5
Коэффициент крепости пород f	5 - 14	более 12	более 18

Буровой инструмент

Долота для вращательного бурения выпускают двух основных типов – режущего и шарошечного типа.

Режущие долота имеют две основные разновидности со съемными и не съемными режущими элементами, армируемыми пластинами или зубками из твердого сплава или, в долотах специального назначения, искусственными монокристаллами и натуральными алмазами.

По конструктивному оформлению различают: лопастные, пикообразные и шнековые долота (см. Рис. 3.5.). Для повышения износостойкости долот лопасти армируют твердым сплавом

Шарошка (рис. 3.6) – инструмент свободно сидящий на своей оси и разрушающий забой скважины при качении по его поверхности. В зависимости от типа вооружения шарошки различают: зубчатые, штыревые, дисковые, комбинированные. По форме – конические и цилиндрические. По принципу воздействия на забой – дробящие дробящие-скалывающие.

Шарошки дробящего действия характеризуются минимальным скольжением зубьев при перекатывании по забою и отсутствием фрезерующего действия по стенкам скважины периферийными зубьями. Различают следующие их типы: Т- для бурения твердых пород; ТЗ – твердых абразивных пород; ТК - твердых пород с пропластками крепких ТКЗ – твердых крепких абразивных пород; К – крепких пород; ОК – очень крепких пород.

Шарошки дробяще-скалывающего действия характеризуются увеличением скольжения зубьев при перекатывании по забою и стенкам скважины. Различают следующие их типы: М – для бурения мягких пород; МЗ - мягких абразивных пород; МС - мягких пород с пропластками пород средней твердости; МСЗ - мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости; С – пород средней твердости; СЗ – абразивных пород средней твердости; СТ – абразивных пород средней твердости с пропластками твердых.

ВЗРЫВАНИЕ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ

Сущность метода скважинных зарядов заключается в размещении взрывчатого вещества в наклонных или вертикальных скважинах с забойкой верхней части инертными материалами из песка, буровой мелочи или забоечного материала специального состава.

Взрывной блок при однорядном расположении скважин взрывается мгновенно или с интервалом через скважину, при многорядном — с интервалом между сериями, которые конструируются в зависимости от выбираемого способа формирования развала (рис.). Объем одновременно взрываемого блока принимается в зависимости от режима взрывных работ на карьере (один раз в смену, сутки, неделю и месяц) и производительности экскаватора в забое.

Основными параметрами взрывных работ при скважинном методе разрушения массива являются: диаметр заряда d; линия сопротивления по подошве W, которая представляет собой расстояние от нижней бровки уступа до оси заряда; расстояние между зарядами в ряду a ; расстояние между рядами b ; расстояние между верхней бровкой уступа и первым рядом скважин c; глубина скважины l; глубина перебура l_п ; длина забойки l_з ; длина заряда l_зар; величина заряда P кг; ширина b_р и высота развала h_р .

Наибольшее влияние на степень дробления пород оказывает удельный расход взрывчатого вещества.

Эмпирическая зависимость между удельным расходом и степенью дробления

Расстояние между рядами при многорядном расположении зарядов в шахматном порядке b = 0,85a и при квадратной сетке b = a.

Минимальное значение линии сопротивления по подошве определяется из геометрических параметров уступа

В зависимости от линии сопротивления по подошве рассчитывается расстояние между скважинами и рядами и масса зарядов.

Перебур осуществляют с целью проработки подошвы. В настоящее время ее определяют по эмпирическим зависимостям с учетом линии сопротивления по подошве и удельного расхода взрывчатого вещества

В практике буровзрывных работ расстояние между зарядами рассчитывают на основании эмпирических данных, при которых за критерий действия взрыва принимают качественный показатель (плохое, удовлетворительное или хорошее дробление). Расчетные зависимости для определения расстояния между скважинами и рядами следующие: а = (0,8÷1,4)W; b = (0,91)W при короткозамедленном взрывании; b = 0,85W при мгновенном взрывании и шахматном расположении скважин. Цифра перед W есть коэффициент сближения скважин (относительное расстояние между зарядами), который обозначается m . Его величина зависит от свойств массива, требуемой степени дробления, последовательности взрывания зарядов и т. п. Меньшие значения m применяются для трудновзрываемых пород.

Взрывчатые вещества и конструкции их зарядов

На карьерах используются следующие виды взрывчатых веществ: порошкообразные (аммониты, аммоналы, детониты); гранулированные (гранулиты, граммониты); водонаполненные (акватолы, акваниты). Некоторые взрывчатые вещества изготовляют на месте их применения, т. е. на самих карьерах. Это дешевые взрывчатые вещества, состоящие из смеси гранулированной аммиачной селитры с жидким компонентом.

Для взрывания скважин на карьерах применяют сплошные и рассредоточенные заряды.

Сплошные заряды могут состоять из одного типа ВВ (днородный по взрывчатому веществу заряд (рис. 4.7, а и б) или из нескольких типов ВВ.

Сплошной однородный колонковый заряд является наиболее простым и наименее трудоемким по заряжанию и поддающимся полной механизации, (кроме размещения детонирующего шнура и патрона-боевика). Для лучшего дробления породы длина колонкового заряда должна быть не менее 2/3L_скв (длины скважины) или 0,6÷0,8 W.

Сплошной колонковый заряд из разных типов ВВ состоит из двух частей - в нижней части заряда помещают более мощное водоустойчивое взрывчатое вещество типа гранитола и алюмотола для обеспечения качественной проработки подошвы, а в верхней части—более дешевое взрывчатое вещество типа игданита, гранулита или граммонита.

Рассредоточенные воздушным, или инертным промежутком заряды применяют для рыхлении разнопрочных пород по высоте уступа. Для равномерного рыхления заряды ВВ размещают в более прочных породах а воздушные промежутки в слабых. В качестве разделителя зарядов по глубине скважин используют пыжи из поролона, бумаги, деревянных чурок, засыпку из инертного материала и полиэтиленовые мешки, заполненные водой.

При рассредоточенных зарядах каждый участок заряда ВВ взрывают своим собственным патроном боевиком с детонирующим шнуром.

Патрон-боевик в каждой скважине располагается, как правило, на уровне подошвы уступа (рис. 3.7). Это обеспечивает совпадение направления детонации заряда взрывчатого вещества и направления разрушения массива, а также лучшую проработку подошвы.

Длина забойки не зависит от конструкции заряда и принимается от 20d_скв в трещиноватых породах до 35d_скв в крепких породах.

СПОСОБЫ ИНИЦИИРОВАНИЯ ЗАРЯДОВ ВВ

Для взрывания скважинных зарядов на карьерах применяют: - огневой, электрический и детонирующим шнуром способы взрывания. При огневом способе используется огнепроводный шнур с капсюлями-детонаторами (Рис. 4.8, а), при электрическом — электродетонаторы (Рис. 4.8, б и в). Взрывание детонирующим шнуром заряда взрывчатого вещества производится при инициировании его самого капсюлем-детонатором от огнепроводного шнура или электродетонатора.

Электровзрывание применяют для инициирования зарядов при всех методах ведения взрывных работ, но при отсутствии опасности по блуждающим токам и электромагнитной индукции. Замедление при электровзрывании осуществляется специальными электродетонаторами промежуточного или замедленного действия.

Для взрывания скважинных зарядов на карьерах применяют следующие способы: огневой, электрический и детонирующим шнуром. При огневом способе используется огнепроводный шнур с капсюлями-детонаторами, при электрическом — электродетонаторы. Взрывание детонирующим шнуром заряда взрывчатого вещества производится при инициировании его самого капсюлем-детонатором от огнепроводного шнура или электродетонатора.

При инициировании детонирующим шнуром сплошного или рассредоточенного воздушным промежутком заряда возникает практически мгновенно цилиндрическое поле напряжений, которое с одинаковой скоростью распространяется до поверхности обнажения. Такой способ инициирования рекомендуется для зарядов наклонных скважин и зарядов второго и последующего рядов скважин, при короткозамедленном взрывании многорядных блоков, в которых расстояние от заряда до поверхности обнажения близко к равномерному по всей высоте уступа. Для зарядов первого ряда скважин с целью лучшей проработки подошвы уступа применяют инициирование от детонатора, расположенного в нижней части заряда.

Инициирование гранулированных и водонаполненных взрывчатых веществ из-за их низкой чувствительности к возбуждениям детонации производится от патронов-боевиков в виде небольшого заряда аммонита или специальных тротиловых, тротилтетриловых или тротилгексогеновых шашек, взрываемых непосредственно детонирующим шнуром.

При взрывании массива уступа скважинными зарядами ширина развала В_р (от линии скважин первого ряда) пропорциональна удельному расходу взрывчатого вещества q , линии сопротивления по подошве W и высоте уступа h

При коэффициенте разрыхления k_р = 1,2-1,4 и однорядном расположении скважин высота развала h_p = (0,5-0,6) h.

При разработке месторождений нефти и газа могут использоваться различные способы бурения нефтяных и газовых скважин. Каждый из них обуславливается не только экономической выгодой, но также и удобством при проведении работ. Оптимальный способ бурения обычно выбирается специалистами, которые будут в дальнейшем проводить работы на участке. Формирование ствола скважины - сложный процесс, поэтому требует привлечения опытных специалистов, которые имеют всё необходимое оборудование, а также соответствующую квалификацию. Сам процесс бурения заключается в последовательном разрушении пород на поверхности забоя скважины (шпура) и извлечении продуктов разрушения на поверхность.

Различают механические и немеханические способы бурения:

Механический способ- основной способом бурения, применяемый в промышленности, основанный на разрушении горной породы силовым воздействием на нее специального породоразрушающего инструмента – долота ( разделяют на - ударное и вращательное бурение).

Немеханический способ - разрушение породы возможно и без механического разрушения, например, под влиянием тепловых, электрических, высокочастотных электромагнитных и других полей. Вместо долота здесь используются буровые наконечники: плазмо – и термобуры, лазеры и др. устройства. (относят - термическое, гидравлическое, электроимпульсное, ультразвуковое, электрогидравлическое, электромагнитное, взрывное и др. виды бурения).

Виды бурения.

При ударном бурении разрушение пород в скважине происходит в результате последовательных ударов по её забою инструмента (буровой коронки и штанг), совершающего возвратно-поступательное движение. Перед каждым следующим ударом инструмент поворачивается на некоторый угол, обеспечивая разрушение породы по всей площади забоя. При ударном бурении породоразрушающий инструмент (долото) совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси скважины и наносит периодические удары по забою. Ударное разрушение забоя и вынос частиц породы чередуются. Ударное бурение в зависимости от преобладающего вида движения бурового инструмента делится на - ударно-поворотное, ударно-вращательное и вращательно-ударное.

Ударное бурение на карьерах осуществляется станками ударно-канатного бурения и станками с погружным пневмоударником. Станки ударно-канатного бурения широко применяли на карьерах для бурения взрывных скважин диаметром 200-300 мм до начала 60-х годов. В настоящее время они полностью заменены более производительными буровыми станками ударно-вращательного бурения..

Ударно-вращательное бурение в варианте с погружными пневмоударниками применяют для бурения скважин диаметром 100-200 мм и глубиной до 30 м на карьерах производственной мощностью до 4 млн. м 3 /год при бурении высокоабразивных весьма и исключительно труднобуримых пород с f = 20., а также при вспомогательных работах в варианте штангового бурения ручными и колонковыми перфоратами для заоткостка бортов крьера, выравнивание подошвы уступов и добыче высокоценных пород исключающих их переизмельчение. Производительность бурения составляет 10÷35 м/смену.

Вращательное бурение скважин осуществляется станками шнекового, шарошечного и алмазного бурения.

Станки вращательного алмазного бурения применяют в породах с f = 10-20; диаметром 36÷110 мм (чаще до 76 мм).

Теперь можно выделить некоторые способы бурения скважин и поближе познакомится с ними разобравшись в особенностях .

Этот способ бурения скважин является очень старым и впервые его стали применять древнем Китае. Некоторые особенности всё же отличаются от ударно-канатного бурения сегодня, однако, принцип в целом один и тот же. В древности конусообразный груз подкидывали вверх, после чего при падении он раздвигал почву и уплотнял землю. Сегодня для создания скважин таким способом берутся забивные стаканы и всевозможные желонки. Желонка представляет собой простой снаряд, который бросают в скважину с высоты. Когда происходит удар о землю, снаряд заходит в грунт и из-за специального клапана остаётся в нем. После этого оборудование достаётся наверх, из неё выбирают землю и заново бросают. Также используется забивной стакан, который также представляет собой желонку, но только без специального клапана, вследствие чего земля остаётся в стакане под силой трения. Используя желонки и забивные стаканы, делают скважины в обводных грунтах, а также на песке. Благодаря использованию забивного стакана можно делать скважины на глинистой земле, на суглинке, на вязкой земле в целом. Когда стакан отрывается, такая земля остаётся внутри него и хорошо достаётся. Такой способ бурения скважин довольно сложный и занимает много сил и времени. Порой для того, чтоб пробить твердые каменные грунты применяют ударно-канатное бурение с использованием бурового патрона. С его помощью пробивают твердые породы грунта. Породу удаляют из скважины, используя желонку.

Ударно-канатным бурением создаются большие и глубокие шахты – до трёхсот метров глубины. Однако, если глубина скважины большая, то здесь не обойтись без телескопической структуры. Это значит, что верхняя часть скважины создаётся из трубы, которая обладает наибольшим диаметром. После этого, проходя определённую глубину, следуют трубы меньшего диаметра, затем ещё меньше и меньше. Также для удобства используют переносные буровые станки, которые подходят для бурения ударно-канатным методом.

Подобное бурение скважин отнимает много времени, весь процесс медленный и занимает много сил и времени, в отличие от шнекового бурения, однако, чтоб создать скважину таким образом, не нужно много специально оборудованного места. (Рис.1)

Подобный способ бурения скважин требует наличия спецтехники, в частности буровых машин. Часто используют АРБ-2А2. При подобном бурении горная порода разрушается под воздействием шарошечного долота, а перемененную землю поднимает наверх буровой раствор. Подобное строительство скважин называется бурение с промывкой. Таким образом, можно разрушить прослойки извести, включения скальной породы. Буровые штанги приводятся в движение крутящим моментом от ротора, который находится на самой буровой машине, и от двигателя внутреннего сгорания, который располагается непосредственно на машине, идет привод к ротору. Для того чтобы долото крутилось и бурило, сверху на него поступает большая нагрузка. Этого можно достигнуть благодаря тяжелым бурильным штангам (Рис.2).

Когда для бурения скважины используется подобный метод, то он подразумевает использование полой штанги, с одного конца которой находится забурник. Земля, которая размягчена таким оборудованием, достаётся наверх благодаря промывке с использованием бурового раствора. Этот раствор далее поступает в отстойник шлама. Так бурение скважины проводится с использованием обратной воды.

Подобный способ бурения осуществим благодаря использованию переносных бурильных установок. Чаще всего это вологодские, курганские, минские установки. Такой метод подходит для бурения скважин в сложных и труднодоступных местах. Он также подходит для бурения скважины на песок, глубина которой до пятидесяти метров. Бурение скважины осуществляется с использованием не просто воды, а особого бурового раствора, который содержит в себе бентиновую глину. Бентин при строительстве скважины позволяет укрепить стены скважины, а также не даёт им обрушиться. После этого, рабочее буровое оборудование достаётся из скважины и в отверстие помещаются пластиковые трубки и фильтры на дно. Вместе с тем, диаметр трубы должен составлять до 125 миллиметров, а диаметр скважины – до двухсот миллиметров. Оставшееся место между трубой и скважиной засыпается щебнем, фракции которого в среднем составляют от пяти до двадцати миллиметров. Усыпка гравием значительно улучшает работу скважины, её характеристику и эксплуатационные качества, срок использования. Так можно создавать глубокие и большие скважины, глубиной до трёхсот метров. Однако если глубина скважин составляет более трёхсот метров, то она будет иметь телескопическую конструкцию (Рис.3).

Шнековое бурение скважин.

Данный способ бурения ещё называют вращательным. Оборудование, которое разрушает породу, может быть двух основных типов:

Бур представляет собой керноприемник крупного диаметра.

Долото с двумя или тремя лопастями.

Сам шнек доставляет разрушенную породу на поверхность. При этом подобный способ строительства скважин является одним из наиболее быстрых и эффективных. За день работы шнековым бурением можно углубиться на сорок метров, однако, это возможно при условии мягкой породы. Вращательное бурение используют для геологоразведочных скважин, при строительстве скважин на песок. Однако этот способ не подходит, если нужно сделать скважины на мягком сыпучем грунте, например на песках, на большую глубину. Стены сооружения могут запросто обвалиться, прежде чем будут поставлены обсадные колонны. Для суглинка и глинистой земли этот способ является одним из наиболее эффективных и качественных. Диаметр скважины, которая бурится шнеком, составляет в среднем от пятидесяти до семисот шестидесяти миллиметров.

Когда шнек достают из скважины, можно увидеть, какова глубина залегания водоносного песка. Водоносный песок представляет собой песок с большими частичками породы и иногда с примесями гальки.

Данный способ бурения является абсолютно доступным и недорогим. Однако, если при бурении будут обнаружены валуны, известковая прослойка, то он будет совершенно не эффективным и сделать таким образом скважину будет невозможно (Рис.4).

Рис.4(шнековое бурение скважин).

Гидробурение.

Таким способом бурения можно проделать скважину, глубина которой будет до пятнадцати метров, а диаметр от пятидесяти до трёхсот миллиметров. После того, как ставятся обсадные колонны, столб заливают снаружи от колонны, как минимум метра на три от земли.

Перфоративное бурение.

Такой способ бурения используют для строительства абиссинского колодца. Для этого используется труба из железа, которая собрана из отрезков разной длины, которые между собой скреплены с помощью муфт. По своей форме они похожи на своеобразное копье и поэтому её ещё называют скважин иглой. Герметичность соединений резьбы чрезвычайно важна и добиваются её использованием силикона, или же сантехнического льна. Прежде всего, бурение проводят до начала обводненного слоя земли. Скважина должна быть в диаметре от пятидесяти до восьмидесяти миллиметров в сухой земле. После этого скважину ставят в фильтр, а обсадные колонны забиваются.

Внизу такой трубы располагается фильтр, представляющий из себя простую трубу с таким же диаметром. В ней имеется много отверстий в среднем диаметров от пяти до восьми миллиметров. Снаружи она защищена фильтровой сеткой, способной пропускать влагу и задерживать взвеси и песок. Сквозь подобную сетку с галунным плетением проходят частички только самого маленького диаметра и размеров.

Для установки такой трубы в грунт на глубину от восьми до двенадцати метро применяют всевозможное оборудование, от штанг до бабки.

Забивание с использованием штанги.

Штанга представляет собой прут из прочного металла, шестнадцать-двадцать миллиметров в диаметре. Его можно по мере того, как оборудование углубляется, наращивать. С помощью такого приспособления бьют именно в наконечник фильтра, в результате чего резьба не ломается и не изменяется, а сама нагрузка распределяется по наконечнику, что помогает быстро и эффективно продвигаться в грунт(Рис.5).

Ударно-механическое бурение

Ударно-механическим называется бурение, при котором разрушающее породу усилие создается воздействием ударов сбрасываемого на забой с некоторой высоты породоразрушающего инструмента — ударного долота.

Рис. 1. Схема ударно-канатного бурения:
1 — долото; 2 — ударная штанга; 3 —раздвижная штанга; 4 — канатный замок; 5 — инструментальный канат; 6 — желоночный канат; 7 — ролик мачты; 8 — амортизатор; 9 — мачта; 10 — оттяжной ролик; 11 — балансирная рама; 12 — направляющий ролик; 13 — инструментальная лебедка; 14 — тормоз; 15 — главный вал; 16 — кривошип; 17 — шатун; 18 — желоночная лебедка; 19 — желонка

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Принципиальная схема ударно-канатного механического бурения показана на рис. 1.

Буровой снаряд спускается в скважину на инструментальном канате, переброшенном через головной ролик мачты, огибает оттяжной и направляющий ролики балансирной рамы. При заторможенном барабане инструментальной лебедки, на котором закреплен конец каната, шатунно-кривошипным устройством балансирная рама приводится в качательное движение относительно оси направляющего ролика. Оттяжной ролик балансирной рамы, опускаясь, натягивает канат и поднимает снаряд над забоем. Поднимаясь вверх, ролик освобождает канат, и снаряд под собственным весом падает на забой, ударным долотом разрушая породу. Для равномерной обработки забоя и придания скважине цилиндрической формы необходимо после каждого удара снаряд поворачивать на некоторый угол. По мере разрушения породы канат постепенно сматывают с барабана лебедки, осуществляя подачу долота вслед за продвигающимся забоем.

В процессе долбления на забое скважины должна быть вода, в которой частицы разрушенной породы находятся во взвешенном состоянии. При достижении определенной плотности шлама долбление породы прекращают, инструментальной лебедкой извлекают снаряд на поверхность и чистят скважину. Эта операция выполняется желонкой, опускаемой в скважину на желоночном канате с барабана желоночной лебедки.

В зависимости от физико-механических свойств породы и диаметра скважины интервал углубления за одно долбление колеблется от 20 до 100 см.

В мягких, рыхлых породах долбежный снаряд не используется, а скважину углубляют желонкой.

При пересечении неустойчивых пород стенки скважины закрепляют обсадными трубами, широко используя их принудительную посадку как с опережением забоя, так и с отставанием от него.

Ударно-канатное механическое бурение применяется при разведке россыпных месторождений и вкрапленных руд цветных металлов, разведке и эксплуатации подземных вод, инженерно-геологических исследованиях, открытой разработке месторождений полезных ископаемых для проходки взрывных скважин, проходке скважин для водопонижения, вентиляции горных выработок, спуска в них крепежного и закладочного материала, прокладки кабелей и трубопроводов.

Ударно-канатным способом бурят скважины глубиной до 400—500 м начальным диаметром 500—900 мм и конечным — 150 мм. Объем буровых работ, выполняемых в СССР ударно-канатным способом, ограничен и составляет не более 1—2% ежегодного объема разведочного бурения.

Читайте также: