Глава 4. Буровые работы
В состав инженерно геологических изысканий входят;
1. Сбор и ознакомление с архивными материалами
2. Геофизические исследования
3. Гидрологические исследования
4. Полевые опытные работы
Состав и объем инженерных изысканий зависит от стадии проектирования и вида строительства. Все инженерно-геологические изыскания регламентируются сводом правил СП 11-105-97(инженерно-геологические изыскания для строительства).
Бурение самый распространенный вид разведки при инженерно-геологических изысканиях.
Буровая скважина – это вертикальная цилиндрическая горная выработка с небольшим диаметром (по сравнению с глубиной) . Каждая скважина имеет строгую инструментальную привязку. Ее координаты определены как в плане, так и по высоте. По данным бурения можно судить о инженерно-геологических условиях в данной точке.
Скважины разделяют по высоте:
- мелкие ≤10 м.
- средние 10-30 м.
- глубокие ≥30 м.
Скважины бурят для определения физико-механических условий(отбора образцов грунта и проб воды). Для проведения фильтрационных работ и полевых исследований состояния грунта.
Процесс углубления скважин называется проходкой
Образцы отбираются для лабораторных исследований. Свойства определяются только на образцах не нарушенного слоения.
Бурение различают по способу воздействия на породу при котором она разрушается:
- механический
- термический
- гидродимамический
Техника и технология бурения и инженерно-геологических скважин
Ручное бурение
Таким способом бурения бурят только первую категорию грунта (торф)
Комплект бурения состоит из:
- штанга
- вороток
- вилка
- змеевик
На разговорном языке комплект называют «мечта геолога»
а – буровая ложка;
б – буровая ложка со змеевиком;
в – змеевик;
г,д – долото;
е – пирамидальное долото;
ж – желонка.
Ударно-канатное бурение
Ударно-канатное бурение скважин – это самый простой метод бурения, который может применяться для бурения скважин в любых грунтах.
Буровой станок ударно-канатного бурения: 1 - долото; 2-желонка; 3 - ударная штанга; 4 - канатный замок; 5 - подъемная стрела; 6 - стреловой канат; 7 - крестовое долото.
Забивной стакан – это основной инструмент для ударно-канатного бурения. Он представляет собой кусок трубы, в нижней части которой есть упрочненная режущая кромка со скосом внутрь стакана. Эта кромка позволяет стакану глубже врезаться в грунт при ударе. На верхней части бурового стакана располагается наковальня, по которой совершает удары ударная штанга.
Лебедка – с помощью нее забивной стакан поднимают над забоем и отпускают его. Стакан врезается в грунт и захватывает его часть. За счет сил трения грунт удерживается внутри стакана, когда его поднимают.
Чтобы вбить стакан глубже используется ударная штанга: ей поднимают и отпускаю, она ударяет по наковальне забивного стакана.
После нескольких ударов, забивной стакан, заполненный грунтом, поднимают на поверхность и опустошают. Затем процедура бурения продолжается. Забивные стаканы можно использовать только при бурении достаточно мягких и несыпучих пород.
Для ударно-канатного бурения сыпучих пород использовать забивной стакан нельзя. Спучие породы, будут высыпаться из стакана, когда его будут поднимать вверх. Для ударно-канатного бурения сыпучих пород используется желонка.
Для ударно-канатного бурения твердых и каменистых грунтов вместо забивного стакана или желонки используется буровое долото. Удары бурового долота разрушают и измельчают твёрдую породу, а полученные при этом мелкие частицы извлекаются со дна скважины с помощью желонки.
Если канатно-ударное бурение скважины происходит в сыпучих грунтах, или хотя бы с прослойками такого грунта, то эти самые сыпучие грунты будут засыпать скважину. Для этого уже в процессе бурения опускают обсадные трубы. На первом отрезке обсадной трубы делают конусный расширительный башмак. Диаметр обсадных труб должен быть несколько больше, чем диаметр забивного стакана, чтобы последний мог свободно перемещаться в скважине.
При бурении твёрдых пород обсадная труба будет не в состоянии срезать грунт со стенки скважины, в этом случае необходимо использовать расширитель. Суть расширителя в том, что у него есть подвижные резцы. Для того, чтобы опустить расширитель на дно скважины, его резцы складываются, так чтобы он проходит в обсадную трубу. Когда расширитель опускается ниже нижнего обреза обсадной трубы, под действием пружины резцы приходят в рабочее положение («растопыриваются») и готовы срезать породу со стенки скважины, увеличивая диаметр скважины.
При канатно-ударном бурении, как и при бурении скважин другими способами, необходимо следить за соблюдением её вертикальности. Искривление скважины приведет к тому, что установка обсадных труб сильно затруднится, либо вообще станет невозможной. Чем длиннее забивной стакан, тем легче сохранять вертикальность, поэтому его длина должна быть около двух метров.
Трос, на котором поднимают забивной стакан, должен с большим запасом выдерживать нагрузку.
Кроме того, при ударно-канатном бурении есть опасность заклинивания стакана в скважине, когда частицы твердой породы попадают между забивным стаканом и стенкой скважины или обсадной трубой. Поэтому диаметр троса должен быть не менее 10 мм.
Коломковое бурение
Это бурение, при котором разрушение породы осуществляется по периферийной части забоя, с сохранением колонки породы (керна). Исследование керна даёт характеристику проходимых бурением пород.
Колонковое бурение применяется в породах любой твёрдости при бурении на нефть и газ, поисках и разведке месторождений твёрдых полезных ископаемых, геолого-съёмочных и картировочных работах, гидрогеологических, инженерно-геологических и геохимических исследованиях.
При колонковом бурении очистка забоя осуществляется с помощью бурового насоса или компрессора путём нагнетания через колонну бурильных труб воды, глинистого раствора, эмульсии, полимерных жидкостей, пены, аэрированного раствора или сжатого воздуха.
Керн из скважины извлекается путём подъёма колонны бурильных труб, съёмными керноприёмниками или путём непрерывной транспортировки керна через двойную или одинарную колонну труб обратным потоком промывочной жидкости в процессе бурения.
В зависимости от твёрдости и абразивных свойств горных пород для бурения используют буровые коронки и буровые долота колонковые. Частота вращения породоразрущающего инструмента при геологоразведочном бурении от 100 до 3000 об/мин.
Колонковым бурением проходят вертикальные, наклонные, восстающие, многозабойные скважины в породах с разнообразными физико-механическими свойствами.
Коломковый снаряд состоит из:
- фрезерного перехода
- коронки победитовой либо алмазной