Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

через s мм2, площадь забоя через S мм2, то число ударов для обра­ зования скола по всему забою будет

При средней высоте скалываемого слоя ho < h, диаметре сква­ жины D мм объем скалываемого слоя будет

где п — число ударов снаряда в единицу времени.

Чтобы повысить скорость бурения, надо увеличивать объем разрушаемой породы за удар, т. е. Vо, и число ударов п в единицу времени.

Однако при канатном бурении число ударов ограничивается сопротивлением при движении снаряда в скважине и жесткостью колебательной системы, которая зависит от жесткости пружины ударного механизма и амортизаторов мачты и упругости каната; последняя меняется (увеличивается) с увеличением глубины скважины, в результате чего с глубиной приходится уменьшать число ударов.

Для эффективной работы долота на забое необходимо обеспе­ чивать совпадение собственной частоты колебаний подвешенного к качающейся раме системы, состоящей из: снаряда, каната, части ударного механизма с пружинами, и частоты качаний самой рамы, т . е. числа ударов.

При нарушении этого совпадения долото либо не достигает за­ боя, либо, наоборот, образуется слабина каната; при этом снаряд в скважине падает беспорядочно, скважина искривляется, канат часто разрывается; в ударном механизме происходят поломки не­ которых деталей. Следовательно, при определенной конструкции колебательной рамы станка и сопротивлении движения снаряда число ударов изменяется с глубиной скважины (длины каната). При глубинах бурения до 100—200 м среднее число ударов состав­ ляет около 55—40 в минуту.

Для повышения эффективности углубки обычно увеличивают энергию удара, для чего увеличивают высоту подъема снаряда (ход оттяжного ролика) и вес снаряда.

Обычно ход долота изменяется от 0,3 до 1,0 м.

При 50 ударах в 1 мин, при ускорении падающего инструмента в шламовой среде ~ 7 м/с2, при изменении хода инструмента от 0,3 до 1 м:

1)конечная скорость падения долота изменяется от 2,0 до 3,75 м/с,

2)время движения долота до удара от 0,6 до 0,75 с,

3) время же эффективного контакта долота с породой, т. е. время передачи энергии падающего инструмента породе, составляет всего лишь тысячные доли секунды (для гранитов------ 0,001 с, для изве­ стняков — 0,0015—0,0025 с).

Это время зависит от скорости удара (при соприкосновении с породой), массы ударного снаряда, от формы лезвия долота, угла приострения и особенно физико-механических свойств породы.

В табл. 34 приведены значения энергии удара W в кгс-м в за­ висимости от высоты сбрасывания (хода долота) Н и веса инстру­

Из данных этой таблицы следует, что при значениях Н и G в ука­ занных границах величина W меняется от 125 до 3000 кгс-м.

Часто при расчетах пользуются значениями относительно веса снаряда в кг/см (т. е. веса, отнесенного к 1 см длины лезвия).

Относительный вес инструмента определяется по формуле

где G — вес рабочей части снаряда, т. е. вес долота, ударной штанги

инижней половины ножниц, в кг; I— длина лезвий долота в см. Относительный вес около 75 кг/см и выше рекомендуется при

бурении весьма крепких пород; 50—60 кг/см — для пород крепких; для пород средней крепости — около 40—35 кг/см и для пород мягких 30 кг/см и меньше.

Длина собранного снаряда принятого веса должна быть на 1 м короче рабочей высоты мачты. Диаметр ударной штанги составляет около 0,7—0,5 по отношению к диаметру скважины.

Бурение должно проводиться на натянутом канате, так как при этом обеспечивается эффективная работа долота, сохраняется прямизна оси скважины и предотвращаются развертывание инстру­ мента и обрывы каната.

Учитывая вытяжку каната под нагрузкой, инструмент перед долблением вывешивают над забоем, сообразуясь с длиной и жест­ костью каната, крепостью породы и характером шлама в скважине.

При небольшой глубине скважины число ударов в минуту можно определять без учета упругости каната по формуле

где а о — угол поворота пальца кривошипа от нижней до верхней мертвых точек; Н — ход оттяжного ролика в м; і) — ускорение при падении снаряда в шламовой среде (от 5 до 7 м/с2, чем тяжелее шлам, тем меньше Ъ); к — коэффициент, характеризующий разницу в углах поворота кривошипа на сброс и подъем (0,9—1,0).

При ао = 180°, к = 0,95; Ъ = 6,25 м/с2; Н = 1,0мв = 2 0 ]/ ~ =

— 20 ] / ^ 50 уд./мин.

При работе бурового снаряда в шламе оптимальной плотности частицы отбитой породы при падении долота поднимаются с забоя и медленно оседают, не образуя подушки из отбитой породы на забое, вследствие чего энергия удара долота не расходуется на переизмельчение уже отбитой породы, а расходуется на скол породы новых участков забоя.

Плотность шлама зависит от объемного веса разбуриваемой породы. Так, например, при объемном весе породы около 2,5 т/м3 рекомендуется поддерживать плотность шлама около 1,5—1,7 кг/л, а высоту шлама (при поднятом инструменте) около 3—3,5 м. При

При проходке мягких, вязких пород применяются долота (обычно плоские), а чистка скважины осуществляется желонкой. В ряде случаев скважина проходится путем уплотнения породы в стенки при минимальном извлечении породы из скважины, при этом при­ меняются округляющие массивные долота. В этом случае стенки скважины укрепляются настолько, что нередко отпадает надобность в их закреплении обсадными трубами.

Часто глинистые породы проходятся без применения долот, не­ посредственно желонками; в этом случае башмаки желонок снаб­ жаются выступающими ниже рабочей кромки башмака клинообразным ножом. Проходка водоносных и плывучих пород осуществляется только желонками. Иногда с целью предотвращения излишней выемки песка в забой подбрасывается глина. Основное условие

правильного ведения углубки скважин в водосодержащих песках заключается в том, что работа желонкой не допускается ниже баш­ мака обсадных труб; в этом случае обеспечивается более правильный пробоотбор, более эффективная проходка скважины с обсадными трубами и предотвращение подсоса песка в трубы.

Как указывалось выше, при бурении в неустойчивых породах одновременно с бурением производится крепление стенок скважин обсадными трубами, забивкой их в породу.

Забивку начинают с небольшого числа ударов, постепенно уве­ личивая до 50—60 в минуту. По мере забивки производят чистку забоя скважины.

При проходке напорных плывунов для предотвращения под­

Проходка мягких пород желонкой осуществляется при подвесе ее к инструментальному канату при частоте сбрасывания, соответ­ ствующей числу колебаний оттяжной рамы ударного механизма.

При бурении россыпей в неисследованных местах и при отсут­ ствии данных о залегании продуктивного пласта применяется огра­ ниченная проходка, сущность которой заключается в следующем.

1.Обсадные трубы забиваются ниже забоя скважин (врезаются

вцелик). Долото в таких случаях разрыхляет породу в трубах, которая затем извлекается на поверхность желонкой.

2.Продуктивный пласт проходится интервалами (золотонос­ ный по 25 см), так что трубы обсаживаются на глубину этого интер­ вала. Колонка породы в трубах разрыхляется на меньшую глубину (например, на 20 см), чтобы не допустить попадания в трубы боль­ шей порции породы, чем объем столбика определенной высоты, во

взатрубное пространство.

4.Разрушенную породу из скважины забирают поршневой желонкой.

5.При достижении плотика бурение в нем продолжается на

некоторую глубину.

При ударно-канатном бурении инженерно-геологических раз­ ведочных скважин для обеспечения пробоотбора применяются спе­ циальные инструменты и специальные приемы работы с ними.

Основным инструментом в этом случае является трубообраз­ ный инструмент с режущим башмаком и иногда снабженный специ­ альным клапаном. Такой инструмент, называемый стаканом, по­ гружается в породу забивкой; заполняющая внутреннюю полость стакана порода является ее образцом, которая извлекается из стакана при подъеме его на поверхность. Забивка осуществляется либо без отрыва стакана от забоя с нанесением нескольких ударов с помощью ножниц или же с отрывом снаряда от забоя после каждого удара.

и талевый). Ударный механизм и барабаны приводятся в движение от двигателя (внутреннего сгорания или электромотора) через трансмиссионный (главный) вал и передаточные звенья (зубчатые или цепные). Для спуско-подъема инструмента и труб станки ос­ нащаются мачтами, оборудованными роликами (инструментальным, желоночным, талевым); иногда мачты усиливаются специальными дополнительными ногами.

применяемых при бурении скважин для вскрытия и подачи под­ земных вод.

Все механизмы станка смонтированы на сварной стальной раме 8, установленной на пневматических скатах. Трансмиссионный вал станка 1 через клиноременную передачу 2 приводится в движение электромотором 3.

На трансмиссионном валу 1, установленном на трех роликовых подшипниках, посажен шкив тексропной (клиноременной) передачи и зубчатые колеса для привода в движение ударного механизма 5, желонного 6 и талевого 7 барабанов и цепная звездочка (z = 15) для привода инструментального барабана 4.

Зубчатые колеса и цепная звездочка включаются в работу через фрикционные муфты с помощью рычагов управления 22.

Ударный механизм состоит из качающейся оттяжной рамы 9, имеющей направляющий 10а и оттяжной ролик 10. В колебательное движение рама приводится двумя шатунами 23 через кривошипы от ударного вала 5.

Для увеличения хода оттяжного ролика при ударе и плавного подъема снаряда после удара оттяжной ролик соединяется с рамой через коромысло, снабженное рычажно-пружинным компенсато­ ром— амортизатором.

Для изменения величины хода оттяжного ролика в кривошипах имеется несколько отверстий с разным расстоянием от оси вала, в которые переставляются пальцы, соединяющие кривошипы с ша­ тунами 23.

Инструментальный барабан служит для спуска и подъема бу­ рового снаряда и регулирования его подачи на забой при долблении при помощи тормоза или червячной пары со штурвалом.

Барабан состоит из стальной трубы с двумя ребордами, тормоз­ ной шайбы (шкива) и длительного диска, которым отделяется рабочая