МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ БУРЕНИЯ

Технологический процесс механического бурення складывается из операций по разрушению породы, подаче ее на поверхность, обеспечению устойчивости стенок буровых выработок и вспомога­тельных операций. Грунт в забое разрушают резанием, истиранием, ударами, сколом и комбинированным воздействием (например, истиранием и ударом).

Измельченный грунт транспортируют на поверхность двумя методами: гидравлическим, при котором грунт удаляют путем вымывания его водой, направляемой >в выработку под давлением, и сухим, когда измельченный грунт удаляют сжатым воздухом или винтовым конвейером.

Механическое бурение ведут тремя основными способами: вра­щательным, ударным и вибрационным.

При вращательном способе бурения грунт забоя разрушают вращением бурового инструмента, при ударном способе — нанося удары по грунту буровым снарядом, при вибрационном — воздей­ствием колебаний высокой частоты (до 2500 колебаний в 1 мин).

В некоторых случаях для получения наибольшей эффективности при бурении пользуются комбинированными способами —ударно — вращательным или вибровращательным.

Механическое бурение выполняют буровыми станками и маши­нами. Ручное бурение ведут при незначительных объемах работ, в мягких грунтах с глубиной бурения не более 5 м.

Вращательный способ бурения характеризуется высокой про­изводительностью (в 3…5 раз превышающей производительность ударного бурения), более низкой стоимостью буровых работ, воз­можностью бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. При вращательном способе бурения порода забоя исти­рается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.

Основные виды вращательного способа бурения — шнековое, колонковое и роторное, выполняемые с помощью самоходных уста­новок или станков.

Шнековое бурение применяют для скважин диаметром 110 …125 мм и глубиной до 30 м в мягких и мерзлых грунтах. Шне — ковые буровые станки (рис. VI. 1,а) имеют металлическую раму, состоящую из двух направляющих стоек, установленных на перед­вижной платформе или на полозьях. По направляющим стойкам рамы перемещается электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги. Рабочие штанги дли­ной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по вин­товой линии наварены стальные полосы — реборды. Извлекают штанги с помощью ручной лебедки. По мере углубления скважины штанги наращивают, соединяя их между собой специальными пат­ронами. Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца, которые при вращении штанг врезаются в поро­ду. Выбуренная порода с помощью винтового конвейера выдается на поверхность.

Колонковое бурение применяют для проходки скважин диамет­ром 45… 130 мм и глубиной до 200 м. Колонковые установки или станки имеют лебедку подъема трубчатых штанг и механизм для их вращения. На конце штанги находится рабочая часть — колон­ковый снаряд (рис. VI. 1,6) с кольцевой коронкой, армированной резцами из твердых сплавов или алмазами (рис. VI. 1,в). При вра­щении бурового снаряда колонка под действием осевого давления внедряется в породу, образуя кольцевую выработку породы вокруг керна, входящего в колонковую трубу. После проходки на необхо­димую глубину буровые штанги вместе с колонковым снарядом и керном поднимают лебедкой на поверхность. В процессе бурения в забой скважины насосом через бурильные трубы подают глинистый раствор (или воду). Смешиваясь с частицами разрушенной породы, глинистый раствор выносит их на поверхность по кольцевому пространству между штангами и стенками скважины. Глинистый раствор охлаждает бурильный инструмент и одновременно пре­дотвращает обрушение стенок скважины.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ БУРЕНИЯ

А —схема станка шнекового буреиня; /—резец; 2 — платформа; 3 ~ лебедка; 4 — направ­ляющая стойка; 5 — штанга с ребордой; 6 — электродвигатель; б — колонковый снаряд; / — кольцевая короика; г —колонковая труба; 3 — переходная муфта; 4 — вращающаяся штаига станка; в — кольцевые коронки армированные; / — резцы, армированные твердыми сплавами; 2 — алмазные резцы; г — схема станка роторного бурения; / — бурильная труба; 2 — лебедка; Э — вращатель-ротор; 4 — вертлюг; 5 — вышка; 6 — рабочая труба; 7 — соеди­нительная труба; 8 — насос; 9 — бак с глиняным раствором; 10 — долото; д — рабочие на­конечники; / — шарошечное долото; 2 — лопастное уступчатое долото; 3 — лопастное до­лото «рыбнй хвост»

МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ БУРЕНИЯ

А — схема станка ударно-канатного бурения; / — блок; 2 — опорная мачта; 3 — балаисирный ролик; 4 — направляющий ролик; 5 — лебедка; 6 — кривошипио-шатунная передача; 7 — ка­натный замок; 8 — ударная штанга; 9 — долото; б — станок ударно-вращательного бурения: / — пневмоударник; 2 — обеспыливатель; 3 — буровая штаига; 4 — рукав для воздуха; 5 — электрокабель; 6 — вращатель; 7 — лебедка; 8 — станина; 9 — противовес; в — схема пнев — Моударника: / — путь сжатого воздуха; 2 — цилиндр; 3 — выход воздуха; 4 — воздухорас­пределительное устройство; 5 — сжатый воздух; 6 — поршень со штоком; 7 — выход сжато­го воздуха; 8 — коронка; г — виды буровых головок: / — однодолотчатая; 2 — двухдолотча — тая; 3 — крестовая; 4 — звездчатая

Роторное бурение чаще всего используют для устройства сква­жин значительных диаметров (300…400 мм) и большой глубины (150…1200 їм). Роторная бурильная установка состоит из враща­теля— ротора, сборной вышки и оборудования для промывки сква­жины глинистым раствором (рис. У1.1,г). Рабочая (ведущая) труба проходит через вкладыши круглого стола ротора, который предназначен для передачи вращения от двигателя к бурильным трубам, присоединенным к рабочей трубе. Размеры вкладышей ро­тора соответствуют наружному диаметру рабочей трубы, что позво­ляет ей одновременно с вращением перемещаться вверх и вниз. Нижний конец бурильной трубы чаще всего имеет шарошечные и лопастные долота (рис. VI.1,5), которые разрабатывают грунт по всей площади забоя скважины. Верхним концом рабочая труба соединена с вертлюгом, к нему присоединен рукав от насоса, по­дающий в бурильные трубы глинистый раствор. Всю систему рабо­чих и бурильных труб с вертлюгом подвешивают к крюку. Рабочие и бурильные трубы поднимают и опускают канатом, навитым на барабан лебедки.

Электрическими сверлильными машинами бурят шпуры в мяг­ких и средней твердости породах, а также в мерзлых грунтах. Раз­личают электрические сверлильные машины легкие (с ручной подачей) и тяжелые (колонковые). В ручной электросверлильной машине осевое давление создается за счет мускульной энергии бу­рильщика. Колонковые электросверлильные машины имеют авто­матическую подачу. Буровую штангу сверл закрепляют в патроне шпинделя. К нижнему концу электрической ручной сверлильной машины с помощью замка присоединяют резец из твердого сплава. Буровые штанги подбирают комплектно в соответствии с глубиной шпура. При бурении ручной электрической сверлильной машиной шлам или буровую мелочь удаляют из шпура путем быстрого изв­лечения сверла, без прекращения его вращения. При работе ко­лонковыми сверлильными машинами шлам удаляют промывкой.

При ударном способе бурения разработку ведут сплошным за­боем на полное сечение скважин глубиной до 250 м (с начальным диаметром 300 и конечным 150 мм). Сплошной забой применяют при бурении скважин для водоснабжения, — детальной разведки каменных материалов, иженеріно-геологических исследований, при замораживании грунта, устройстве набивных свай и т. п.

Ударный способ бурения подразделяют на ударно-канатный, ударно-штанговый и ударно-вращательный.

При ударно-канатном бурении буровой снаряд массой до 3 т падает с высоты более 1 м в забой скважины, развивая значитель­ную силу удара. Станок ударно-канатного бурения (рис. VI,2) ра­ботает следующим образом. Через блок опорной мачты бурильно­го станака перекинут канат, проходящий под балансирным роли­ком и огибающий далее направляющий ролик. Канат закреплен на барабане лебедки. Балансирний ролик получает от кривошипно — шатунной передачи качательное движение, благодаря чемупроисхо — дят периодические подъемы и падения бурового снаряда, состоя­щего из ударной штанги, канатного замка и долота. Долото может быть плоским, двутавровым, крестовым и округляющим. Изготов­ляют их из легированной стали. Во время бурения в скважину за­ливают воду, образующую с тонкоизмельченной породой шлам, который периодически вычерпывают полым цилиндром (желонкой) с клапаном на нижнем конце. Производительность станков ударно — канатного бурения до 30 м в смену.

Ударно-штанговое бурение применяют, когда необходимо обес­печить минимальное вертикальное отклонение оси скважины. Бу­ровой снаряд опускают в скважину на бурильных трубчатых штан­гах, соединенных между собой замками с конической резьбой. Под­вешивают колонны бурильных штанг с помощью вертлюгов усилен­ной конструкции.

Ударно-вращательным бурением устраивают шпуры и скважи­ны в породах различной крепости.

С помощью станков ударно-вращательного бурения (рис. VI.2,б) проходят скважины глубиной до 30 м в весьма креп­ких породах. Главная особенность этого способа состоит в том, что вращение и ударное действие инструмента выполняют двумя неза­висимыми механизмами—вращателем и пневмоударником. Пнев — моударник (рис. VI. 2,в) представляет собой пневматический моло­ток, в котором движущийся возвратно-поступательный поршень со штоком наносит своим бойком удары по хвостовику коронки. Ко­ронка при бурении может передвигаться вдоль оси пневмоударника на 20 мм. Сжатый воздух поступает к пневмоударнику по буровым штангам. При работе станка вращатель, состоящий из электродви­гателя и редуктора, приводит во вращение буровую штангу и пневмоударник, внедряющийся в грунт. Самая оптимальная часто­та вращения штанги 25 мин-1. Выходящую из скважины буровую пыль улавливает обеспыливатель.

Перфораторы, применяемые для бурения шпуров, бывают руч­ные массой до 24 кг (ери глубине шпура до 3 м) и колонковые (или станковые) массой до 40 кг. Они обеспечивают бурение шпуров глубиной до 5 м. Воздух (2…4 м3/мин) к перфоратору подводится от компрессора. Рабочий орган перфоратора — буровая головка (рис. VI. 2, г). При бурении нетрещиноватых пород мягкой и средней крепости применяют головку с одним долотом, армирован­ную твердыми сплавами. Двухдолотчатыми головками бурят вяз­кие и трещиноватые породы. Головки крестообразной формы ис­пользуют для бурения пород средней крепости с незначительной трещиноватостью, а также вязких пород. Крепкие и трещиноватые породы бурят с помощью кресто — и звездообразных головок.

Перфораторные молотки по очистке каналов от пыли и камен­ной мелочи подразделяют на сухие и мокрые. Перфораторы мокро­го типа имеют специальные устройства для промывки канала во­дой, а в перфораторах сухого типа канал продувают воздухом. Более предпочтительным является мокрое бурение, так как приме­нение для промывки канала воды снижает сопротивляемость поро-

IN —

Ды и увеличивает стойкость головки бура из-за ее охлаждения во­дой и уменьшения трения о стенки канала.

Вибрационным способом бурят шпуры и скважины (диаметром до 125 мм и глубиной до 25 м) в мягких грунтах.

При вибрационном способе бурения грунт под действием вибри­рующего снаряда выделяет связную жидкость, а частицы грунта в зоне контакта с вибрирующими наконечниками переходят в под­вижное состояние. При этом резко снижается сопротивляемость грунта сдвигу и буровой инструмент внедряется в породу. Методы образования каналов вибрационным бурением идентичны вибро­погружению свай и шпунта.

Скорость вибробурения довольно высокая. Например, в сугли­нистых почвах за несколько секунд можно пробурить шпур глуби­ной до 1 м. С увеличением глубины выработки вибрация бурового инструмента затухает, скорость проходки уменьшается, а на глу­бине 20…25 м проходка прекращается.

При всех механических способах бурения стенки скважин кре­пят обсадными трубами с внутренним диаметром 50…200 мм. Ко­лонны обсадных труб составляют из звеньев длиной 1,5…4,5 м, ко­торые опускают при бурении, начиная с большего диаметра. По ме­ре углубления скважин переходят іна меньшие диаметры. Звенья труб соединяют муфтами, ниппелями или свинчивают между собой (труба в трубу). Внутренний диаметр труб должен быть 5… 10 мм больше диаметра бурового инструмента. Вверху обсадных труб устанавливают патрубок, защищающий нарезку труб от ударов буровым оборудованием, а внизу — коронку (фрезер), облегчаю­щую опускание колонн обсадных труб.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *