Способы бурения скважин. Бурение ударно-канатное, роторное

Для более комфортного проживания в загородном доме требуется обустройство канализации и подачи воды. Сложно себе представить жилье без подобных коммуникация. Ведь вода требуется не только для приготовления пищи, но и для полива культурных растений. Ее отсутствие значительно усложняет жизнь.

Ударно-канатное бурение скважин позволяет решить подобные проблемы. При помощи такого метода можно без особых усилий добыть воду. Стоит отметить, что подобные работы можно провести самостоятельно. Главное, знать, как правильно бурить скважину и что для этого требуется.Способы бурения скважин

Основные типы скважин

При желании можно провести ударно-канатное бурение своими руками. Фото готовой конструкции представлено ниже. Перед началом работ стоит определиться с типом скважины. Их существует несколько:

  1. Трубчатый колодец. Его глубина составляет от 8 до 12 метров. Верховодка, пыль, грязь, а также чужеродные элементы в данном случае не попадает в воду, предназначенную для питья.
  2. Скважина в песчаном грунте обычно делают глубиной 15-30 метров. При этом применяют шнековый метод. Устройство для скважины представляет собой металлический рукав, на конце которого имеется участок с перфорацией. Монтируется фильтр в песке крупной фракции с примесями гальки. В целом сооружение способно прослужить около 5 лет при редком использовании, а при частом – до 15. Промывку конструкции осуществляют после заиливания. Если это не дает результатов, то рядом бурят новую скважину.
  3. Артезианская. Глубина данной скважины составляет 15-200 метров. Этот показатель зависит от глубины залегания слоев известняка. Эксплуатационный срок равен 50 годам.

Технология бурения

На данный момент существует несколько технологий:

Технологии отличаются между собой способом разрушения определенных пород, а также способами извлечения из ствола сооружения почвы. Каждый метод подразумевает применение специального оборудования, которое по-разному влияет на качество проводимых работ. Именно от этого зависит стоимость бурения скважины.Способы бурения скважин

Бурение ударно-канатное

Этот метод является самым простым и относительно недорогим. Особенность технологии заключается в отсутствии необходимости применения тяжелой техники. Установку для бурения скважины можно монтировать самостоятельно. Это отнимает немного времени и сил. Ударно-канатное бурение своими руками – это самый популярный метод, позволяющий вскрывать прямо с поверхности водоносные пласты.

Основные преимущества подобного метода:

  1. Большой срок эксплуатации.
  2. Позволяет контролировать водоносность горизонта, а также уровень воды.
  3. Можно пробить скважину большого диаметра.
  4. Исключает риск попадания в воду, предназначенную для питья, вредных примесей в процессе бурения.
  5. Эффективность и экономичность при проведении работ в зимний период.

Что потребуется

Для бурения скважины ударно-канатным способом необходимо приобрести специальные приспособления. Как правило, для этого требуется:

  1. Блок и лебедка.
  2. Трос.
  3. Станок для забивания.
  4. Установочный каркас.
  5. Штанга.

Основной элемент конструкции – это забивной стакан. Помимо этого, требуется отрезок трубы, изготовленной из стали. Он должен быть скошен вовнутрь. Отрезок должен иметь в самом низу режущую прочную кромку. Поверх забивного стакана устанавливается наковальня. Именно по ней при помощи штанги наносятся удары. Лебедка позволяет опускать и поднимать забивной стакан.Способы бурения скважин

Как действует установка

Как осуществляется ударно-канатное бурение? Станки для этого можно изготовить самостоятельно. Главное, представлять себе, как это работает. Действие установки сводится к следующему:

  1. Благодаря силе трения, в забивной стакан попадает порода и удерживается в нем.
  2. Чтобы проникнуть вглубь почвы, используется штанга, которая бросается на наковальню.
  3. Когда забивной стакан наполняется грунтом, он поднимается вверх, а затем очищается.
  4. данные действия следует совершать до тех пор, пока не будет достигнута необходимая глубина.

Бурение ударно-канатное лучше применять в тех местах, где грунт несыпучий, глинистый и мягкий.

Как пробить скважину на сыпучем грунте

Если на участке имеется сыпучий грунт, то пробурить скважину будет сложнее. Для этого потребуется желонка. Эта деталь представляет собой трубу, изготовленную из стали и имеющую внизу задерживающий клапан.

Это позволяет значительно упростить процесс. При опускании элемента в грунт происходит открытие клапана. В результате этого в трубу попадает почва. При подъеме клапан закрывается. После изъятия желонка очищается. После этого процедура повторяется.

Чтобы грунт в процессе бурения не осыпался, можно применять обсадные трубы. Они забиваются в почву при каждом углублении. На первом этапе данный элемент должен иметь расширительный башмак, обладающий конусовидной формой. Чтобы станок без затруднений перемещался, его диаметр должен быть меньше размеров обсадной трубы. Только в этом случае можно углубиться в почву до необходимого уровня. Ударно-канатное бурение с обсадной трубой применяется не только на сыпучем грунте.Способы бурения скважин

Как пробить скважину в твердой каменистой почве

На твердом каменистом грунте пробивание скважин осуществляется с применением долота. Под его ударами осуществляется разрушение пород. Затем она извлекается при помощи желонки. Для монтажа обсадных труб необходимо использовать расширитель. Благодаря ему, обеспечивается нужный диаметр для прохождения конструкции.

Забивка элементов осуществляется в те слои грунта, которые располагаются ниже уровня залегания водоносных пластов. После этого требуется откачка скопившейся жидкости, а также очищение от грунта и смеси вод дна скважины. Осуществляется это при помощи желонки.Способы бурения скважин

Несколько советов

Бурение ударно-канатное – это несложный процесс. При соблюдении определенных правил можно получить скважину с чистой водой. Главное, придерживаться рекомендаций специалистов:

  1. Если осуществляется бурение ударно-канатное с использованием забивного стакана, то перед началом работ следует подсыпать немного грунта. Этот метод позволяет создать вязкую массу, а также облегчить работу.
  2. Трос должен быть достаточно прочным. Этот показатель очень важен. Ведь от каната зависит многое. В первую очередь сможет ли этот элемент конструкции при заклинивании стакана нагрузки. Лучше всего использовать трос, изготовленный из стали. Его диаметр должен составлять более 1,2 сантиметра.
  3. При установке конструкции необходимо следить, чтобы она стояла строго вертикально. Если будут отклонения, то обсадные трубы просто не будут опускаться. В итоге процесс бурение придется прекратить.
  4. Значительно упрощают бурение скважин забивные стаканы длиной до 2 метров.Способы бурения скважин

Особенности монтажа обсадных элементов

Для уже готовой скважины обычно монтируется дополнительная обсадка. Она может быть цельной и выполненной из асбоцементной трубы, а также отдельных ее отрезков.

Процесс работы с подобным материалом требует осторожности и повышенного внимания. В противном случае конструкция не будет свободна погружаться. Все звенья трубы должны надежно крепиться и удерживать от сползания. Для их фиксации стоит использовать скобы. Данные фрагменты в дальнейшем закрываются полосками листами нержавеющей стали.

Способы бурения скважин

Эндометрит: основные признаки. Современное лечение эндометрита Несмотря на всю серьезность заболевания, зачатие не исключено, однако беременность может прерваться ещё на самой ранней стадии. В этом случае женщины.

Способы бурения скважин

Как стать IT-гуру, не выходя из дома IT-специалисты востребованы на рынке труда. Рекрутинговое агентство Superjob утверждает, что эта профессия входит в пятерку самых популярных, и не зря.

Способы бурения скважин

20 фото кошек, сделанных в правильный момент Кошки — удивительные создания, и об этом, пожалуй, знает каждый. А еще они невероятно фотогеничны и всегда умеют оказаться в правильное время в правил.

Способы бурения скважин

Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком.

Способы бурения скважин

Непростительные ошибки в фильмах, которых вы, вероятно, никогда не замечали Наверное, найдется очень мало людей, которые бы не любили смотреть фильмы. Однако даже в лучшем кино встречаются ошибки, которые могут заметить зрител.

Способы бурения скважин

Никогда не делайте этого в церкви! Если вы не уверены относительно того, правильно ведете себя в церкви или нет, то, вероятно, поступаете все же не так, как положено. Вот список ужасных.

Способы бурения скважин

Существует несколько способов бурения скважин. колонковое, шнековое, ударно-канатное, ручное и др. Для бурения скважины на воду наиболее подходящим является колонковое или ударно-канатное, особенно в незнакомом для буровых мастеров месте.

Ударно-канатное бурение

Ударно-канатное бурение — это самый лучший способ создания скважины на воду. Процесс бурения заключается во внедрении в грунт кольцевого породоразрушающего инструмента. Различают два способа: клюющий и забивной. В первом случае наконечник вместе с ударной штангой сбрасывается в забой и извлекается после каждого удара для очистки от грунта. Второй вариант предусматривает погружение наконечника серией ударов. Такой тип бурения позволяет проходить горные выработки губиной до 100 м. Главное преимущество заключается в отсутствии бурового раствора. Очень четко определяются границы пластов грунтов, появление воды.

Колонковое бурение

Колонокое бурение больше годится для инженерно-геологических изысканий. но и может использоваться при бурении скважин на воду. Принцип действия следующий: бурение производится вращательным способом колонковой трубой. На ее конце устанавливается коронка, которая и разрушает породу. Для смазки используется буровой раствор. Грунт извлекается ненарушенным (керн), как и в ударно-канатом способе. Это позволяет четко выделить геологические границы, ведь для качества гидрогеологической скважины очень важно расположить фильтр строго в вооносном горизонте.

Бурение шнеком

Бурение шнеком очень популярно из-за своей простоты. Шнек — это подобие самореза, который вкручивается в породу. Данный способ бурения не годится для скважин на воду по ряду причин, которые уже описаны. Если Вам не хочется переходить на другую страницу, повторюсь. Шнеком нельзя полностью извлечь грунт (о керне вообще речи нет), нельзя определить границы слоев грунта. Это ключевой момент, поскольку от глубины залегания, мощности и состава водовмещающих пород зависит конструкция скважины. Важно также определить уровни воды: появившийся и установившийся. Если речь идет о втором или даже третьем горизонте от поверхности, может потребоваться опережающее задавливание обсадных труб (если вдруг плывун, т.е. водонасыщенный пылеватый песок).

Роторное бурение

Роторное бурение. которое еще называют «с промывкой» тоже достаточно популярно. Проходка скважины происходит с помощью шарошечного долота. Порода разрушается, смазывается буровым раствором и извлекается на поверхность в виде пульпы. Из достоинств только скорость, а недостатки те же, что и у бурения шнеком. Границы слоев определяются косвенно по сложности проходки и расходу бурового раствора. Допустимо использовать данный метод только в хорошо разведанных местах, где точно известна глубина залегания водоносного горизонта. Чаще им пользуются при бурении артезианских скважин, имея на руках опорный разрез.

Ручное бурение

Ручное бурение может выполняться разными способами, которые перечислены выше. Как правило, оно выполняется с помощью малогабаритных станков, имеющих небольшой двигатель. Но они все не могут передвигаться самостоятельно и имеют существенные ограничения по глубине. Чаще такой способ используют при проведении геологической съемки или при изысканиях. На воду тоже бурят, но чаще это скважины малого диаметра и глубины, с простой конструкцией. Особое место занимает бурение с помощью бура геолога .

Основные характеристики различных видов бурения (глубины, типы грунтов, применительно к каждому типу бурения) приведены здесь .

/ 43. Способы бурения скважин

№ 43 Методы бурения скважин

Роторное бурение

Это бурение применяют в основном с помощью буровых машин, например УРБ-2А2. Породу в этом случае разрушает шарошечное долото. а размельченную породу наверх поднимает буровой раствор. То есть это бурение с промывкой. С помощью этого метода можно пробурить прослойки известняка, скальные включения, так называемые морены. Для вращения буровых штанг используется крутящий момент ротора, который располагается на буровой машине. От двигателя внутреннего сгорания, расположенного на машине идет привод к ротору. Чтобы долото смогло бурить на него необходимо дать значительную нагрузку сверху. Это осуществляется в том числе с помощью утяжеленных бурильных штанг.

Ударно-канатное бурение

Известно еще со времен древнего Китая. Правда бурение в древнем Китае отличается от современного. В Китае с некоторой высоты кидался конусообразный груз, который раздвигал и уплотнял грунт. Сейчас же для ударно-канатного бурения используют желонки и забивные стаканы. Желонка – это снаряд, который кидается с высоты в скважину. При ударе о дно скважины в желонку входит грунт, который остается в ней за счет наличия клапана. Потом желонку вытаскивают на поверхность, вытряхивают из нее грунт, и снова кидают. Забивной стакан – по сути это тоже желонка, с той лишь разницей, что в стакане нет клапана, и грунт застревает в стакане за счет силы трения.

С помощью желонки бурят обводненные грунты, песчаные. С помощью забивного стакана бурят глинистые грунты, суглинистые, то есть достаточно вязкие, которые при отрыве стакана от грунта застревают в стакане.

Ударно-канатное бурение – это довольно длительный и трудоемкий процесс. Иногда, для прохождения каменистых слоев используют ударно-канатное бурение с помощью бурового патрона, для пробивки каменистых отложений. Шлам из скважины достают с помощью желонки.

С помощью ударно-канатного бурения можно бурить довольно глубокие скважины – глубиной до 300 метров. Но, при большой глубине скважины уже нужно использовать телескопическую структуру. То есть верхняя часть скважины делается из трубы максимального диаметра, затем после определенной глубины идет труба меньшего диаметра, потом еще меньше, и так далее. Существуют переносные буровые станки, для бурения ударно-канатным способом. Ударно-канатное бурение значительно медленнее и с большей трудоемкостью, чем шнековое, однако для его производства требуется минимум оборудования и маста.

Канатно-вращательное бурение (гидробурение с забурником)

В этом случае грунт бурится с помощью полой штанги, на конце которой расположен забурник. Разрыхленный грунт поднимается на поверхность с помощью промывки буровым раствором.

Буровой раствор направляется в шламоотстойник. Таким образом бурение происходит оборотной водой.

Этот метод можно использовать с помощью переносных буровых установок типа вологодской, минской, курганской. Бурить можно в труднодоступных местах, в подвалах домов. Этим способом можно пробурить скважины на песок, глубиной до 50 метров. Бурение производится не чистой водой, а специальным буровым раствором, с бентонитовой глиной. Использование бентонита позволяет укрепить стенки скважины и предотвратить ее обрушение. После того, как пробурили скважину вытаскивается буровой инструмент, опускаются пластиковые трубы и фильтр до дна скважины. При этом диаметр трубы – 125мм, а диаметр скважины – около 200 мм. В пространство между трубой и стенкой скважины насыпается щебенка с фракцией 5-20. Гравийная обсыпка улучшает показатели скважины, увеличивает срок службы.

Таким способом можно делать довольно глубокие скважины – до 300 метров. Однако скважины глубиной более 30 метров будут иметь телескопическую структуру.

Гидробурение

По сути мало отличается от канатно-вращательного. Отличает отсутствие забурника. Грунт размывается большим напором воды. Подходит для рыхлых почв, песков, супесей. Имеет ряд недостатков. Невозможно пробурить прослойки юрской глины. При попадании на плывун происходит большое поглощение воды, оседающий песок тормозит бурение.

Процесс бурения довольно краткий. Поэтому необходимо заранее подготовить обсадную колонну для опускания в скважину. В буровой воде должна содержаться хлористоводородная кислота, в концентрации 1:20 000, которая предупреждает загрязнение водоносного пласта Сам процесс бурения занимает совсем немного времени, но обсадная колонна должна быть заранее подготовлена к установке до начала бурения. Водяной поток должен содержать, по крайней мере, 50 миллионных долей соли хлористоводородной кислоты для предупреждения загрязнения водоносного пласта.

С помощью гидробурения можно пробурить скважины глубиной максимум 15 метров, с диаметром 50-300 мм. После установки обсадных труб цементируют столб скважины снаружи от трубы, на глубину как минимум 3м от земли.

Шнековое бурение

Это вращательное бурение. Породоразрушающий элемент в этом виде бурения бывает двух видов:

Бур – керноприемник большого диаметра

2-х или 3-х лопастное долото

Шнек же поднимает разрушенную породу наверх. Шнековое бурение это довольно быстрый способ бурения. За один день таким способом можно пройти до 40 метров. Но столько можно пройти только если порода относительно мягкая. Таким способом бурят геолого-разведочные скважины (при инженерно-геологических изысканиях для строительства), скважины на песок. НО таким способом невозможно пробурить на большую глубину сыпучие грунты, например пески, так как стенки скважины могут обсыпаться до того, как установят обсадные трубы. Шнековое бурение хорошо для суглинистых и глинистых почв. Диаметр скважины, пробуренной шнеком может быть от 50 до 760 мм.

При выемке шнеков по грунту, что остается на шнеке видно, на какой глубине находится слой водоносного песка. Водоносный песок – это песок с очень крупными песчинками, может быть с вкраплениями гальки.

В денежном отношении это наиболее дешевый способ. Однако если при таком способе наткнуться на подземные валуны, прослойки известняка, то пробурить этим способом уже будет невозможно.

Перфоративное бурение

Это умное название означает ни что иное, как бурение абиссинского колодца.

Это железная труба из отрезков различной длины (длина отрезков от 1 метра до 3), отрезки соединены между собой муфтами герметично, по форме напоминает копьё, поэтому и одно из названий — скважина игла. Герметичности резьбовых соединений добиваются использованием сантехнического льна и силикона.

Для его производства сначала забуриваются до начала обводненного грунта (плывуна), диаметр скважины в сухом грунте — 50 — 80 мм. Затем в эту скважину вставляют фильтр и трубы и начинают забивать.

Снизу этой составной трубы находиться фильтр. Он, представляет из себя трубу такого же диаметра, в которой просверлены много отверстий диаметром 8 — 10 мм, а снаружи обмотана специальная фильтровая сетка, которая пропускает воду и не пропускает песок. Через такую сетку галунного плетения могут пройти только частицы диаметром меньше 0,25 мм.

Чтобы забить такую трубу в землю на глубину 8-12 метров пользуются различными приспособлениями: штанги и бабки.

Забивание штангой

Штанга — это металлический прут 16-22 мм в диаметре, который можно наращивать по мере заглубления абиссинской скважины. Этим прутом наносят удары непосредственно по наконечнику фильтра, таким образом на все резьбовые соединения прикладывается растягивающая нагрузка, в результате резьбы не деформируются, а вся нагрузка по раздвижению плотного грунта приходится на наконечник.

Забивание бабкой

Бабка — специальное приспособление, ударная нагрузка от которого ложиться на ствол скважины. На оголовок скважины накручивается специальная насадка, по которой наносятся удары бабкой — груз с отверстием внутри. В этом способе вся ударная нагрузка ложиться на резьбы. Поэтому иногда бывает, что резьбы ломаются и скважина остается в земле.

И для того и для другого способа очень большие требования к качеству резьб. Они должны быть строго соосны с осью самой трубы. К сожалению в большинстве кустарных производств такую резьбу сделать трудно, поэтому если мастер нарезал резьбы на ближайшей металлобазе, то он рискует тем, что трубы сломаются, материал он из земли не вытащит и денег с хозяина не получит. Если же резьбы нарезаны на токарном станке с хорошей соосностью, то такая резьба будет гораздо более прочная, особенно при забивании бабкой.

Насос для такой скважины используется самовсасывающий, который подключается непосредственно к трубе и создает в ней разрежение (вакуум), и этот вакуум и поднимает воду на поверхность.

Абиссинский колодец имеет массу плюсов

Обычно хорошее качество воды

Мощность 10-30 литров в минуту, чего хватает для одной семьи

Можно сделать в подвале дома

Способы бурения скважин

Вращательное (шнековое) бурение легкими (СБР-125) и тяжелыми (СБР-160) станками вертикальных и наклонных скважин диаметром 110-160 мм применяется на карьерах, разрабатывающих породы с f<6.

Легкие станки шнекового бурения имеют трубчатую раму с направляющими для вращателя, состоящего из электродвигателя и редуктора. К патрону вращателя крепится буровой став из штанг-шнеков. Направляющие вращателя можно устанавливать в вертикальном или наклонном положении с углом наклона до 30° к вертикали. Передвижение станка выполняется шагающим механизмом, осевое усилие на резец создается массой вращателя и бурового става. Производительность станка в породах с f до 3 составляет 40-120 м/смену.

Тяжелые станки имеют гусеничный ход, обеспечивают бурение вертикальных и наклонных скважин в по. родах с f=6-8, так как большая масса вращателя создает значительные осевые усилия на забой. Производительность станков по породам с f=4 составляет 70-120 м/смену. С увеличением крепости пород сменная производительность станков снижается до 10 м, а износ инструмента растет. В связи с этим их применение в более крепких породах становится нерациональным. Создаются станки с механизацией наиболее трудоемкой операции при бурении — сборке и разборке шнекового бурового става.

Буровой инструмент для вращательного бурения состоит из набора штанг, шнеков и резцов. Штанга представляет собой трубу с приваренной к ней спиралью из полосовой стали, армированной по наружной кромке наплавкой твердого сплава. Для разрушения пород наиболее широко применяются резцы с закругленными лезвиями, армированные цилиндрическими вставками твердого сплава. Разработаны долота со съемными резцами, которые обеспечивают по породам с f=4-6 увеличение скорости бурения в 1,5-3 раза и снижение стоимости бурения скважины в 2 раза по сравнению с обычными резцами.

По мере увеличения крепости пород с 2-3 до 6-8 и возрастания абразивности пород проходка на резец уменьшается с 500 до 20 м. Наибольшую стойкость (до 2000 м) имеют резцы со сменными режущими элементами.

При шнековом бурении до 15% глубины скважины теряется из-за неполного удаления продуктов разрушения. Для устранения этого недостатка предложен шнеко-пневматический способ их удаления, при котором по штангам к забою и к полым лопастям шнеков подается сжатый воздух, который способствует псевдоожижению буровой мелочи, лежащей на шнеках. В результате этого эффективность ее удаления из скважины резко возрастает и скорость увеличивается. Кроме того, затраты мощности на вращение става значительно (до 1,5 раз) снижаются, а это позволяет бурить более глубокие скважины.

Бурение скважин погружными пневмоударниками. Этот способ бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 85-110 мм глубиной до 40 м и более широко применяется при подземной добыче руд, а также на карьерах небольшой и средней производственной мощности.

Станки с погружными пневмоударниками делятся на легкие (СБУ-100П, СБУ-100Г), средние (СБУ-160) и тяжелые (СБУ-200) и предназначены для бурения скважин диаметром 85-105, 160 и 200 мм и более. Известны зарубежные станки для бурения погружными пневмоударниками специальных скважин диаметром 670 мм.

Средние и тяжелые станки серийно не выпускаются. Буровой станок 1СБУ-125, разработанный НИПИгормаш, представляет собой самоходную установку на гусеничном и пневмошинном ходу с кабиной для бурильщика. Во время работы станка вращатель бурового става движется по направляющим. Управление гидродомкратами производится с помощью кранов. Станок НКР-100м устанавливается консольно на распорной колонке, что позволяет бурить круговой веер скважин. Буровой став вращается от электродвигателя через редуктор, а подача на забой выполняется с помощью пневмоцилиндра. Вращательное и осевое движение буровому ставу и пневмоударнику передается двумя зажимными пневматическими патронами, которые работают в полуавтоматическом режиме. Станки БМК-4 и ЛПС-3 работают только на сжатом воздухе„ а буровой став на забой подается с торца на всю длину штанги.

Мероприятия для повышения эффективности разрушения породы при бурении погружными пневмоударниками.

1. Создание пневмоударников с повышенной энергией удара (до 20 Н на 1 см диаметра скважины) и пониженным числом ударов в минуту (менее 1500). Скорость бурения вследствие этого возрастает в 2-2,5 раза. Для таких пневмоударников должны быть созданы высокостойкие породоразрушающие долота, в 5-8 раз превосходящие по стойкости долота, выпускаемые в настоящее время.

2. Создание пневмоударников для бурения скважин диаметром 60-75 мм, работающих на повышенном давлении воздуха. Опытные работы показали, что при давлении воздуха 20*105 Па пневмоударник диаметром 60 мм бурит породы с f=12-15 со скоростью 1-2 м/мин. Пневмоударники для скважин уменьшенного диаметра могут быть эффективны только при работе на повышенном давлении воздуха.

3. Продолжение работ по созданию высокоэффективных и надежных пневмоударников для бурения скважин диаметром 160-200мм на карьерах. Отсутствие конструкций таких пневмоударников не позволяет пока создать эффективные станки для бурения скважин увеличенных диаметров.

В качестве породоразрушающего инструмента для погружных пневмоударников применяются долота трехперые с опережающим лезвием и крестовые, армированные стандартными пластинками твердого сплава. Качество этих долот низкое, из-за чего наблюдаются поломки пластинок твердого сплава и корпусов. Все шире применяются более эффективные породоразрушающие долота, армированные цилиндрическими вставками твердого сплава со сферической поверхностью.

Бурение скважин шарошечными долотами. Более 70% взрывных скважин диаметром 215-320 мм на карьерах бурят шарошечными станками. В перспективе процент бурения этим способом еще более возрастет. При подземной разработке руд бурение шарошечными долотами применяется редко из-за большого диаметра (145 мм) скважин и неудобства эксплуатации тяжелого шарошечного станка БШ-145М.

Шарошечное долота — породоразрушающий инструмент, представляющий собой конструкцию, сваренную в основном из трех лап, на консольных осях которых на роликовых и шариковых подшипниках вращаются шарошки. Шарошки — это конусы, на поверхности которых имеется несколько рядов (венцов) породоразрушающих элементов: зубцов или штырей.

Примененные в некоторых конструкциях долот опоры скольжения позволяют увеличить удельные осевые усилия на долото, но требуется снижение частоты вращения, чтобы уменьшить их нагревание. При вращении долота под большим осевым усилием зубцы шарошек разрушают породу, перекатываясь по забою. Если зубцы выполнены из одного материала с шарошкой, долото называется зубчатым, если зубцы выполнены в виде запрессованных или запаянных цилиндрических вставок твердого сплава с клиновой, сферической или другой рабочей поверхностью, то долото называется штыревым.

Область применения долот обозначена буквой в конце его марки: М — для мягких, С — для средних, Т — для твердых, К — для крепких, ОК — для очень крепких пород.

Для долот, имеющих в лапах каналы для подачи в подшипники сжатого воздуха и смазки, в марке содержится буква П. Кроме того в марке долота указывается его диаметр в миллиметрах и буквой обозначен завод-изготовитель.

Выпущены опытные партии комбинированных зубчато-штыревых долот с чередующимися в венцах стальными зубцами и штырями твердого сплава. Такие долота предназначены для бурения перемежающихся по крепости пород и имеют индекс ТК. Шарошечные долота с клиновыми штырями имеют индекс Т3. Таким образом, в марке долота указываются все необходимые сведения для их выбора.

При бурении серийные зубчатые долота выходят из строя в результате износа зубцов, а штыревые — в основном (80% и более) вследствие заклинивания подшипников опор долот при работоспособном породоразрушающем вооружении

Особенно часто происходит заклинивание подшипников опор при попадании в них жидкой суспензии буровой мелочи, образующейся в результате подачи на забой воздушно-водяной смеси для удаления продуктов разрушения и пылеподавления.

Продукты разрушения из скважины удаляются сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью.

При бурении в обводненных массивах в период наращивания бурового става смесь воды и буровой мелочи поднимается в скважине и попадает в продувочные каналы опор. Преждевременный выход долот из строя снижает технико-экономические показатели бурения. Поэтому разрабатываются устройства, исключающие попадание буровой мелочи в опоры, за счет чего увеличена стойкость подшипников опор и долот.

С этой целью в долотах устанавливаются обратные клапаны различных конструкций, препятствующие попаданию смеси буровой мелочи с водой в каналы опор; герметизированные опоры долот, в которых используются уплотнительные соединения специальных конструкций; лубрикаторы, маслоотражательные втулки и буровые ставы различных конструкций, обеспечивающие при бурении принудительную подачу смазки в опоры долот; забойные наддолотные амортизаторы, снижающие динамические нагрузки на опоры долот и на станок. Пылеподавление осуществляется диспергированной водой, подаваемой в затрубное пространство скважины на расстоянии 0,6-1 м от забоя.

В результате применения пылеподавления в затрубном пространстве и принудительной смазки опор стойкость долот увеличивается в 2-3 раза.

Шарошечные буровые станки. В настоящее время серийно выпускаются станки 2СБШ-200Н, СБШ-250МН, СБШ-320. На объектах дорожного и гидротехнического строительства широко применяются автономные станки на тракторе типа БТС-150. Для подземного бурения скважин диаметром 145 мм выпускается станок БШ-145М.

Созданы опытные модели шарошечных станков для бурения скважин диаметром 76-95 мм, их внедрение в промышленность обусловливает необходимость серийного выпуска работоспособных шарошечных долот соответствующего диаметра.

Шарошечные станки для карьеров выпускаются на гусеничном ходу, они достаточно маневренны при большой массе, необходимой для создания высоких осевых усилий на долота (10-20) кН на 1 см диаметра долота, и принципиально отличаются расположением мачты и кинематической схемой основного рабочего органа станка — вращательно-подающего механизма.

Привод вращателя станков осуществляется от электродвигателя с тиристорным приводом или от системы генератор-двигатель. Спуско-подъемные операции: свинчивание и развинчивание штанг и установка их в кассеты полностью механизированы.

Станки, предназначенные для бурения взрывных скважин глубиной до 20 м, оборудованы соответствующей высоты мачтой. Станком СБШ-320 можно бурить скважину на глубину до 18 м без наращивания штанг, что резко снижает затраты времени на вспомогательные операции. Бурение без наращивания бурового става обеспечивает лучшие условия работы долот и увеличение их стойкости.

Для удаления буровой мелочи с забоя на всех станках устанавливаются винтовые компрессоры. Для пылеулавливания на станках 2СБШ-200 установлены рукавные фильтры, или емкости с водой, а на станках СБШ-250 МН и СБШ-320 — емкости с водой, необходимой для создания воздушно-водяной смеси, используемой для очистки скважины и пылеподавления.

Для снижения вибраций, возникающих при работе на повышенных частотах вращения (более 100 об/мин) и проходки трещиноватых пород, рекомендуется применять наддолотные амортизаторы.

Упругие элементы (резиновые шары, гуммированные конические поверхности и т.п.) амортизатора снижают вибрации, возникающие при бурении, в 2-5 раза. Чем выше уровень вибраций, тем эффективнее применение наддолотных амортизаторов. При использовании амортизаторов чистая скорость бурения не изменяется, а стойкость долот увеличивается в 1,3-1,5 раза. Наддолотные амортизаторы дают возможность бурить на повышенных частотах вращения (120-150 об/мин), в результате чего повышается скорость бурения и производительность станка.

Новым направлением является использование на станках магнитострикционных генераторов, устанавливаемых над шарошечным долотом. При работе магнитостриктора на мощности 60 кВт генерируются вибрации с амплитудой несколько миллиметров и частотой 400 Гц, которые резко улучшают динамику взаимодействия долота с породой и повышают в 1,2-2,6 раза эффективность разрушения пород долотом. Для получения тока повышенной частоты на станке монтируется преобразовательная подстанция.

Росту показателей нового поколения шарошечных станков в основном будет способствовать: применение высоких мачт и длинных буровых ставов для бурения скважин без наращивания штанг; увеличение стойкости шарошечных долот путем принудительной смазки опор долот и пылеподавления диспергированной водой в затрубном пространстве скважины; применение системы автоматического управления работой станка, обеспечивающей его эксплуатацию на предельно допустимых по уровню вибраций частотах вращения и максимально возможных осевых усилиях на долото; механизация выполнения основных и вспомогательных операций при бурении.

Огневое, комбинированное и взрывное бурение скважин. При увеличении крепости, абразивности пород эффективность механических способов бурения снижается, а стоимость бурения растет. К способам бурения, не зависящим от крепости буримых пород, относится огневое бурение, при котором разрушение породы происходит в результате быстрого разогрева поверхностного слоя породы раскаленными струями газа, вылетающими из сопел горелки со скоростью более 2000 м/с при температуре выше 2000°С. В применяемых горелках тепловой поток образуется в результате сгорания в сжатом воздухе бензина или керосина.

Этим способом успешно разрушаются в основном кварцсодержащие породы. Породы другого минералогического состава термическим способом разрушаются мало или совсем не разрушаются, и способ становится непригодным для практического использования. Сменная производительность станков огневого бурения достигает 30-35 м при диаметре скважин 200-220 мм. Расчеты показывают, что огневое бурение взрывных скважин по сравнению с шарошечным (при использовании мощных станков СБШ-250 МН и СБШ-320) даже в кварцсодержащих породах менее производительно и дороже. Поэтому огневое бурение пород применяют для расширения нижней части скважины с 214-243 мм до 350-400 мм с целью размещения в ней большего заряда ВВ. Станки комбинированного бурения СБШ-250К созданы на базе станка СБШ-250MH. Эффективность разрушения при увеличении диаметра скважин огневым бурением возрастает в 5-10 раз и расширяется диапазон разрушаемых этим способом пород.

Разработан ряд комбинированных ударно-шарошечных долот, представляющих собой комбинацию погружного пневмоударника с долотчатым инструментом и двумя шарошками, расположенными перпендикулярно к лезвию инструмента пневмоударника. Пневмоударник и двухшарошечное долото разрушают породу одновременно и независимо один от другого. Создан инструмент, в котором пневмоударник наносит удары по обратному конусу шарошек, имеющих смещение вдоль оси. При испытаниях установлено, что скорость бурения комбинированным инструментом на 18-20% выше, чем отдельно шарошечным долотом и пневмоударником. Недостатками этого инструмента являются сложность конструкции, малая надежность элементов, малоэффективное удаление продуктов разрушения с забоя. Для бурения меняющихся по крепости пород вскрыши угольных месторождений разработаны разные варианты комбинированных режуще-шарошечных инструментов, представляющих собой долота с двумя шарошками, между которыми установлены резцы для вращательного бурения. Опыты показали, что скорость бурения станками 2СБШ-200 при осевом усилии 60 кН составляет 1 и 0,6 м/мин соответственно в породах с f=5 и f=8, что в два раза выше, чем шарошечным долотом. Это подтверждает перспективность использования комбинированного инструмента для бурения слоистых, перемежающихся по крепости пород.

При взрывном бурении разрушение пород в скважине происходит в результате взрывания зарядов ВВ, последовательно подаваемых на забой, при одновременном удалении продуктов разрушения с забоя.

При испытании патронного бурения использовались заряды из гексогена и тротила величиной 300-500 г. Заряды, снабженные детонаторами ударного действия, подавались на забой по трубе, в которую поступал воздух от компрессора производительностью 10 м3/мин. Порода при взрыве на забое разрушалась на куски до 10-15 мм. За 8-10 с происходила полная очистка забоя скважины диаметром 200 мм. Удельный расход ВВ составлял 0,16-0,3 кг на 1 дм3 выбуренной породы. Скорость бурения при испытаниях составила 1 м/ч, расчетная скорость бурения 10-15 м/ч. Верхнюю разрушенную часть уступа пробурить взрывным способом практически невозможно. Поэтому предполагается создать комбинированный станок для бурения погружным пневмоударником или другим способом верхней части скважины, а взрывным способом — нижней монолитной части.

При испытании струйного взрывного бурения на опытном станке в качестве горючего применен керосин. Окислитель — четырехокись азота, весьма агрессивная жидкость, которую можно хранить только в стеклянной таре или в сосуде из нержавеющей стали при температуре не выше 8°С, так как при более высокой температуре она испаряется с выделением ядовитых окислов азота. На станке находятся емкости с окислителем, инициирующим составом и водой, компрессор, а также контролирующая и регулировочная аппаратура.

При работе взрывного бура горючее и окислитель непрерывно вытекают из сопел на забой, а частота подачи инициирующего состава в объеме 0,1-0,2 см3 регулируется электромагнитным клапаном с частотой от 1 до 1400 порций в минуту. При этом на забое может образовываться заряд различной величины. При взрыве часть струи от забоя до среза сопла взрывного генератора уничтожается взрывом и переходит в газообразные окислы азота. Поэтому коэффициент использования ВВ на разрушение породы довольно низок, а при работе образуется весьма много ядовитых окислов азота. Необходимо создавать системы, нейтрализующие окислы азота, чтобы исключить загрязнение воздушного пространства ядовитыми газами. При испытаниях станка опробованы следующие режимы: частота взрывов 700-800 в минуту, расстояние от торца взрывного бура до забоя 100 мм, частота вращения 8 об/мин, расход ВВ до 14 л/мин. При этом образовывались скважины диаметром 250-390 мм при скорости бурения 30-40 м/ч до глубины 5 м. На глубине 11 м из-за плохой очистки забоя скважины от продуктов разрушения скорость бурения снижалась до 1 м/ч. Существенным недостатком способа является трудность бурения скважин в обводненных и сильнотрещиноватых породах. Кроме того, в процессе взрывного бурения происходит нагревание породы, и при определенной температуре жидкий заряд не может сформироваться на забое из-за быстрого испарения четырехокиси азота. Работы по созданию станков для взрывного бурения скважин продолжаются.

Как осуществляется ударно канатный способ бурения скважин?

Издавна люди добывали воду для своих нужд с помощью обустройства скважин, используя буровой метод. Для значительной части населения, проживающей в условиях отсутствия центрального водоснабжения, классические, проверенные веками технологии вскрытия водоносных пластов вручную остаются актуальными и на сегодняшний день.

Способы бурения скважин

Буровой снаряд Шитца.

Так, простейший ударно канатный способ бурения, которым пользовались еще древние китайцы времен Конфуция, благодаря своей доступности, до сей поры остается одним из самых популярных и применяется повсеместно.

Особенности бурения

Ловитель для канатного замка: 1 — корпус, 2 — траверса, 3 — штифт, 4 — зуб, 5 — скоба, 6 — канатный замок.

Ударно канатный способ добычи воды заключается в разбивании грунта вплоть до достижения водоносного шара, извлечении его на поверхность и формировании узкого колодца-скважины со стенками из обсадных труб. Такой способ бурения можно применять на любых типах почвы.

Пробивают породу тяжелым инструментом, который сначала падает с высоты вышки примитивной буровой установки и захватывает буровой отвал, а затем поднимается на канате и очищается. Такие действия проводятся многократно с целью получения строго вертикальной скважины, наполняемой из водоносного горизонта.

В качестве ударного орудия используются:

  • на несыпучих, неплотных, глинистых почвах – забивной стакан из отрезка стальной трубы с режущей кромкой и скосом внутрь на нижней части;
  • на сыпучих, песчаных почвах – желонка из фрагмента стальной трубы, на конце которой устанавливают задерживающий клапан;
  • на скальных, твердых породах – долото буровое.

Расширитель скважины: 1 — верхний фланец, 2 — корпус, 3 — ось, 4 — резец, 5 — год;(лгд-ка, 6 — пружина, 7 — нижний фланец.

Достоинствами ударно канатного бурения являются:

  1. Возможность выполнения работ самостоятельно с привлечением 1-2-х помощников.
  2. Не требуется использование тяжелой техники.
  3. Монтаж ручной буровой установки прост и недолог.
  4. Компактность установки позволяет проводить работы на ранее облагороженных участках без риска их разрушений.
  5. Отсутствие загрязнения воды примесями во время процесса бурения.
  6. Гарантированно большой срок эксплуатации скважины.
  7. При проведении операции бурения не используется буровой раствор или вода.

Среди недостатков ударно канатного бурения можно отметить трудоемкость процесса и медленную скорость выдалбливания пород, так как по технологии ударный снаряд должен каждый раз освобождаться от набившегося в него грунта после прохождения им 50 см почвы.

Процесс обустройства скважины

Организация ударного заглубления с промывкой.

Для извлечения грунта до достижения подошвы водоносного слоя применяется ручная разборная буровая установка в виде треноги. Ее можно взять в аренду, или сделать самостоятельно. Самодельную конструкцию нужно укомплектовать следующими элементами:

  • забивной снаряд длиной от 2 м как основной элемент конструкции для ударно-канатного бурения;
  • канат, крепящийся к верхней части снаряда. Для прочности лучше использовать стальной трос с диаметром 10-12мм;
  • лебедка и блок для прохождения каната;
  • ударная штанга;
  • каркас из стальных труб высотой, превышающий длину забивного снаряда на 1,5 м.

В качестве бурового стакана можно приспособить стальную трубу, на конце которой сделать режущую кромку в виде половинки витка шнека. А на 50 см выше режущего края высверлить отверстие для очищения трубы от поднятого из скважины грунта.

Бурение ударно-канатным способом осуществляется попеременным опусканием и поднятием забивного снаряда с использованием лебедки.

Канатный замок: 1 — корпус, 2 — шайба, 3 — втулка, 4 — отверстие для выхода воды.

Для достижения максимально возможной глубины при ударе служит штанга. Поднятый на поверхность снаряд периодически очищают и затем продолжают бурение до водоносного пласта.

В процессе бурения скважины для предотвращения ее обсыпания и перекрытия верхних водоносных шаров грунта с грязной водой устанавливают обсадные трубы, предпочтительно из пластика, так как они легкие по весу, простые в установке и экономные по своей стоимости. На самом первом отрезке обсадной трубы устанавливается расширитель в виде конуса. Диаметр труб для обсадки должен быть больше ударного снаряда, чтобы стакан мог свободно опускаться и подниматься внутри скважины.

Готовая скважина будет похожа на узкий колодец. Внизу этот колодец оборудуют фильтром, очищающим воду от возможного загрязнения частичками почвы. Для этой цели при условии ударно-канатного способа бурения в известняке, или гравийных и галечных пластах подойдет труба с просверленными в ней мелкими отверстиями. На сыпучих, песчаных грунтах конец трубы оборудуют фильтром в виде сетки с мелкими ячейками. Из готовой скважины вода поставляется к потребителю путем ее перекачки насосным оборудованием.

Способы бурения скважин