Глава 29. Ударно-канатное колонковое бурение бурение скважин методом задавливания

При бурении мягких рыхлых горных пород без гальки и валунов взятие пробы можно производить при помощи различного рода стаканов, грунтоносов, желонок. Внедрение этих инструментов в гор­ную породу производят забиванием забойного снаряда в результате сбрасывания его на канате с некоторой высоты («клюющий» способ), забиванием снаряда с помощью специального забойного ударника (ударно-забивной способ) или путем задавливания снаряда под действи­ем большой осевой нагрузки (способ задавливания).

Ударно-колонковое бурение позволяет получать керн с ненару­шенной структурой, не требует сложного оборудования и может быть использован не только при поисках и разведке россыпных месторожде­ний, но и инженерно-геологических исследованиях. Около 35 % всего объема буровых работ при инженерно-геологических изысканиях про­изводят ударно-канатным колонковым способом. Это наиболее распро­страненный способ для бурения мягких горных пород, т.к. обладает ря­дом преимуществ по сравнению с вращательным колонковым бурением:

1) не требует сложных буровых станков;

2) не требует оборудования для промывки или продувки скважин;

3) не требует затрат времени на спускоподъемные операции из-за отсутствия бурильной колонны;

4) не размываются стенки скважин и керн, вследствие чего уст­раняются различного рода осложнения, связанные с неустойчивостью стенок скважин, повышается выход керна;

5) снижаются затраты энергии и опасность возникновения аварий в результате прихвата снаряда или нарушения его целостности (по срав­нению с вращательным - способом «всухую»);

6) более высокая производительность.

29.1 Оборудование. Буровой снаряд

Для ударно-канатного колонкового бурения существует огромное количество различных буровых установок (от легких пере­движных до тяжелых самоходных). С каждым годом количество их со­кращается. Наиболее широкое распространение получили самоходные установки: УБР-2М, БУУ-2, УГБ-50М, УГБ-1ВС, ЛБУ-50.

Ударно-канатное колонковое бурение принято делить на два спо­соба: клюющий и ударно-забивной.

Клюющий способ применяют для бурения как рыхлых, так и мягкопластичных (связных) горных пород на глубину 12-15 м (рис. 29.1)

Забойный снаряд для клюющего способа состоит из породораз-рушающего инструмента (стакана, желонки, грунтоноса (рис. 29 1, а, б)), ударной штанги (рис. 29.1, г), канатного замка (рис. 29.1, е) со съемным переходником и сцепкой (рис. 29.1, д).

Забивные стаканы представляют собой породоразрушающий ин­струмент, при помощи которого производят бурение скважины и отбор проб для геологической документации. Для бурения связных (глини­стых) горных пород применяют стаканы с одним или двумя продоль­ными окнами, позволяющими описывать керн и очищать стакан от по­роды. В нижней части стакана крепят с помощью резьбы башмак (рабо­чее кольцо) с упрочненной режущей кромкой. Скос у рабочего кольца для бурения рыхлых пород, равный 15-20°, обычно делают с внутрен­ней стороны, чтобы при поступлении породы в стакан последняя не­сколько уплотнялась и прочнее удерживалась в стакане. Для бурения связных (глинистых) грунтов применяют стаканы с башмаками, имею­щими наружный скос, равный 30-40°.

На верхнюю часть стакана приваривают переходник (вилку) для соединения с ударной штангой. Наружные диаметры стаканов от 89 до 162 мм. Длина около метра.

Для бурения слабосвязанных пород применяют стаканы кернодержателем (пауком) или клапаном, вмонтированным в баш­мак (рис. 29.1, б). Клапан позволяет удерживать породу от выпадения при извлечении стакана из скважины.

Широкое распространение получили различные стаканы, облег­чающие и ускоряющие их очистку от породы. К их числу относят разъ­емные стаканы с двумя клапанами (рис. 29.2).

Рис. 29.1. Буровые инструменты для ударно-канатного бурения с приме­нением буровых установок УБП-15М и БУГ-75: а - грунтонос (стакан); б - грунтонос с клапаном; в - ударный патрон: 1 - наковальня; 2 - боек; 3 - корпус; 4 - ребра; 5 - направляющий шток; 6 - утяжелитель; г - ударная штанга; д - сцепка; е - быстросъемный замок

Рис. 29.2. Разъемные стаканы с двумя клапанами: 1 - корпус с переход­ником; 2 - гайка; 3 - откидная крышка; 4 - палец; 5 - упор; 6 - клапан

Хорошие результаты показывают поршневые стаканы Н.А. Бак­ланова (рис. 29.3), представляющие собой патрубок 10 с продольными окнами 8, в верхней части которых при помощи пальца 7 закрепляют поршень 9. После заполнения стакана породой и его извлечения из скважины палец выбивают, в пазы стакана через отверстия в поршне вставляют закрепленный к основанию станины установки стержень. С помощью лебедки стакан поднимают вверх, а порода вместе с поршнем задерживается стержнем и выдавливается таким образом из стакана.

Ударная штанга (рис. 29.1, г) служит для увеличения массы при клюющем способе бурения с отрывом снаряда от забоя. При помощи резьбы ее жестко соединяют со стаканом. В процессе бурения ударную штангу вместе со стаканом приподнимают, а затем сбрасывают на забой несколько раз. Заполненный таким образом стакан поднимают на поверхность, породу извлекают и операции повторяют.

Р азмеры ударных штанг различны: диаметры 100-125 мм, длина 0,5-1,0 м, масса 25,50, 85 кг.

Бурение в сыпучих и водонасыщенных горных породах ве­дут желонками с клапанами.

Буровой снаряд для желонирования состоит из желонки, ударной штанги, канатного замка с переходником и каната. Желонка, подобно стакану, состоит из тру­бы, башмака с плоским клапаном и переходником (вилки). Отлича­ется желонка от стакана большей длиной и отсутствием прорезей. Диаметр желонок колеблется от 73 до 273 мм, длина - 2-3 м.

Ударно-забивной способ обычно применяют для бурения вязких глинистых пород. Буровой снаряд ударно-забивного способа состоит из стакана, ударного па­трона (рис. 22.1, в), канатного зам­ка с переходником и сцепки.

Ударный патрон (рис. 29.1, в) служит для забивания стакана без отрыва его от забоя скважины. Он состоит из канатного замка (рис. 29.1, г) ударной штанги с бой­ком 2, утяжелителя 6 (рис. 29.1, в), наковальни 1, связанной резьбой с переходником стакана, и направля­ющей трубы (корпуса) 3, которая соединена резьбой с наковальней. В процессе бурения ударную штангу приподнимают и сбрасывают на наковальню, в результате чего происходит погружение стакана в грунт. Диаметры ударных патронов 108-168 мм, длина 2,0-2,5 м, масса 120-250 кг. Диаметры стаканов для ударно-забивного способа 92-273 мм.